[发明专利]一种高阶路由器的瓦片结构及其构建的高阶路由器

说明书

本发明提供了一种高阶路由器的瓦片结构及其构建的高阶路由器，该瓦片结构包括输入端口模块、集中式输入缓冲区模块、仲裁模块、行总线、行缓冲区和交换输出模块。本发明将瓦片结构中多个输入端口的未使用的缓冲区重组为一个包括输入端口专用缓冲区和共享缓冲区的集中式输入缓冲区模块，其中输入端口专用缓冲区分配给对应的输入端口，以保证各个输入端口具有足够的输入缓冲区，而将共享缓冲区设置为允许瓦片结构的任何端口进行访问，能够充分利用输入缓冲区未使用的空间，提高了输入端口缓冲区的利用率，同时由于将共享缓冲区提供给所有端口使用，缓解了由于层次化路由器的中间缓存较浅而引起的HoL阻塞的现象。

技术领域

本发明涉及高性能计算机系统互连网络领域，特别是涉及一种高阶路由器的瓦片结构及其构建的高阶路由器。

背景技术

如今，超级计算机(例如，天河2系统和IBM Blue Gene/Q系统)已拥有数万个计算节点。新兴的E级计算机系统需要将数十万个处理节点进行互连。受益于路由器带宽的不断增加，这些系统可以由许多细长链接构建，长链路降低了网络直径，使得当前系统多采用低直径网络构建。当前的一些高效的网络，例如Dragonfly，HyperX，Skywalk，SlimFly等，大都通过使用高阶路由器以及低直径拓扑来构建互连网络。高阶路由器是低直径网络的基础部件，而将大型交换开关划分为较小子交换开关的层次化组织结构因为具有较高的可扩展性，已在高阶路由器中得到广泛应用。

层次化路由器的微体系结构图如图1所示，由于路由器每个端口需要实现基于信用的流量控制，因此所需的输入缓冲区深度与该端口所连接链路的长度成正比。但是网络中链接的长度通常是不对称的，这就导致层次化路由器不同端口对输入缓存容量的要求不对称。传统系统设计通常使用通用路由器搭建，而通路路由器的各个端口是对称的，以便于在多种不同拓扑中使用。通用路由器通常将输入缓冲区设计得很深，以适合最长的外部链接，而这会导致大量未使用的输入缓冲区的产生，尤其是在边缘路由器中更为明显。例如在1024个节点的胖树网络中设置端点链接线长为1米、路由器间链接线长为50米同时输入缓存深度为128个切片长度来进行测试层次化高阶路由器中输入缓冲区的利用率，结果显示，利用率低于10％的输入缓冲区所占的比重高达86.1％。因此，层次化高阶路由器设计中有必要充分利用这些未使用的输入缓冲区进一步优化性能。

先前的工作已证明将多个输入端口集成在单个瓦片结构中可以进一步提升层次化路由器的性能。尽管这种设计增加了瓦片结构的复杂性，但与单端口绑定的层次化体系结构相比，它可以减少所需的中间缓冲区数量并获得近似的数据传输性能。考虑到性能和实现开销之间的权衡，现有的层次化路由器已经可以实现在一个瓦片结构中集成4个端口。但是在多端口绑定的层次化路由器中，每个瓦片结构中仍然存在大量未使用的输入缓冲区，这是由于当前高性能计算机系统倾向于设计尽可能富余的资源来满足各种不同网络配置的需求，而这会导致大多数输入端口中缓冲区的利用率降低。例如，英特尔的Omni-Path路由器具有48个端口，其输入缓存深度可以以100Gbps的速度支持最长100米的链路，当使用这种路由器搭建大规模Dragonfly网络时，25％的端口(与计算端点链接的端口)将会有99％的未充分利用的输入缓冲区，而50％的端口(组内链接的端口)将会有95％的未充分利用的输入缓冲区。当采用Omni-Path路由器在多级胖树中实现分支路由器时，50％的端口(与计算端点链接端口)将会有99％的未充分利用的输入缓冲区。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种高阶路由器的瓦片结构及其构建的高阶路由器，用以解决现有技术中多端口绑定的层次化路由器的输入端口缓冲区利用率低，存在大量未使用的输入缓冲区的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种高阶路由器的瓦片结构，包括输入端口模块、集中式输入缓冲区模块、仲裁模块、行总线、行缓冲区和交换输出模块。

所述输入端口模块用于接收报文的输入，包括输入端口和与输入端口数量相同的输入端口私有缓冲区，所述输入端口私有缓冲区与对应的输入端口相连。