[发明专利]一种构建Torus网络的方法、Torus网络和路由算法

说明书

本发明公开了一种构建Torus网络的方法、Torus网络和路由算法，该构建Torus网络的方法包括：拓扑解析模块解析Torus网络，从而确定每个交换机和每个节点在Torus网络中的位置关系；拓扑连接模块根据位置关系，创建所有交换机和所有节点，从而构造出Fabric网络；拓扑检验模块检验构造后的Fabric网络是否与配置文件一致；在构造后的Fabric网络与配置文件一致的情况下，拓扑构建模块将Fabric网络转换为Torus网络。本发明通过上述技术方案，从而可有效压缩网络直径，降低通信延迟，提高网络性能，可有效应对超大规模互连网络的需求。

技术领域

本发明涉及通信领域，具体来说，涉及一种构建Torus网络的方法、Torus网络和路由算法。

背景技术

随着技术进步和工艺发展，高性能计算机的计算能力越来越强，系统规模不断扩展，性能每4年增强10倍，预计到2018年就会出现E级计算机。美国的红杉树超级计算机系统规模达到9.6万个节点，日本的“京”计算机(K Computer)也达到8.8万个节点，未来的E级计算(Exascale Computing)系统规模将达到甚至超过十万节点的数量级，如此众多的处理器如何高效通信对互连网络提出了严峻挑战。高性能互连网络该如何发展来应对这些挑战呢？互连网络的拓扑结构和路由算法从宏观上决定了网络的可扩展性和通信性能，其中，可扩展性指网络模块化可扩展的能力，网络规模的扩展必须伴随着所期望的性能按比例地提高。但是，网络可扩展性不仅受拓扑性质的限制，而且受到物理技术和管理需求如封装工艺、系统冷却、电源功耗和传输管理等限制。

高性能计算的应用负载普遍具有局部性特征：空间局部性和/或时间局部性，其中，通信局部性对计算效率有着重要影响，此外，直接网络相对于间接网络更具有优势，例如，Mesh网格比较适合具有通信局部性的应用，但其网络直径较大，传输延迟高；Torus网络在Mesh网络的基础上增加环回链路来压缩网络直径，进一步提升性能，而且结构对称，具有较好的可扩展性。

此外，3D-Torus(3维环绕)网络曾经在高性能互连领域占据主导地位，例如Cray的T3D/T3E系列，但是随着高性能计算的飞速发展，系统规模越来越大，对互连网络的要求也提出严峻的挑战，提升网络维度可有效压缩网络直径，提升网络性能。因此，高维度互连网络成为了主流趋势，例如，IBM(International Business Machines Corporation，IT公司-国际商业机器公司)的第三代互连系统Bluegene/Q就是在3D-Torus网络的基础上进一步提升维度，采用了5D-Torus(5维环绕)的新型拓扑，同时，由于Bluegene/Q将互连网络集成在处理器芯片内部，可充分发挥处理器内部的高速数据通信性能，因而系统性能有了更大提升。此外，日本的“京”计算机互连网络Tofu更是将维度提高到了6维，在3D-Torus网络的基础上嵌套了3D-Mesh网络构成了6维拓扑，其由12个节点互连构成的第一层子网是A、B、C构成的3个维度的Mesh拓扑，称为一个节点组(Node Group)，每个节点组中的节点具有相同的X、Y、Z坐标，同时，Tofu网络互连的第二个层次是X、Y、Z的3维Torus网络拓扑，其负责节点组间的全局互连，另外，其互连芯片由10端口中的6个负责X、Y、Z的3D-Trous路由，另4个端口负责A、B、C维度的路由。但是，IBM的Bluegene/Q和“京”计算机的Tofu网络都是专有定制网络，研发周期长，系统成本昂贵。如果基于商用交换机构建构建高维度Torus网络，将极大的降低高性能计算的网络系统成本，有力的促进我国高性能计算产业发展。