宋玉艷
東北空管局通信網(wǎng)絡中心(沈陽 110000)
并行計算機的互連網(wǎng)絡
宋玉艷
東北空管局通信網(wǎng)絡中心(沈陽 110000)
并行計算機系統(tǒng)是當前計算機技術的綜合,是計算機領域的發(fā)展前沿,其中的關鍵技術是互連網(wǎng)絡,是影響著系統(tǒng)性能的瓶頸,因而對并行計算機的互連網(wǎng)絡的研究是具有重要意義的。
并行計算機 互連網(wǎng)絡
傳統(tǒng)的并行機互連網(wǎng)絡,主要是進行處理器、存儲器和I/O設備之間的互連,傳統(tǒng)的分類方法是:靜態(tài)互連網(wǎng)絡和動態(tài)互連網(wǎng)絡,機群作為現(xiàn)代并行機系統(tǒng)的一種重要類型,其互連網(wǎng)絡主要連接獨立的完整的計算機節(jié)點,通常采用高速商用網(wǎng)絡。
所謂靜態(tài)網(wǎng)絡(Static NetWorks)是指處理單元間有著固定連接的一類網(wǎng)絡,在程序執(zhí)行期間,這種點和點的連接保持不變。典型的靜態(tài)網(wǎng)絡有一位線形陣列、二維網(wǎng)孔、樹連接、超立方網(wǎng)格、立方環(huán)、洗牌交換網(wǎng)、蝶形網(wǎng)絡。
動態(tài)網(wǎng)絡(Dynamic NetWorks)是用交換開關構成的,可按照應用程序的要求動態(tài)地改變連接組態(tài)。三個著名的動態(tài)連接是總線、交叉開關和多級互連網(wǎng)絡。這些互連具有200 Mb/s 和100 Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。
在機群系統(tǒng)中,特別是在工作站機群中,一般采用商用的網(wǎng)絡來進行節(jié)點間的互連,如Myrinet、Hippi、光纖通道和FDDI環(huán)、ATM、可擴展一致性接口SCI以及以太網(wǎng)。以下分別簡單介紹。
(1)Myrinet是由Myricom公司設計的千兆位包交換網(wǎng)絡,目的是為了構筑計算機機群,使系統(tǒng)互連成為成為一種商業(yè)產品。它能假設任意拓撲結構,不必限定為開關網(wǎng)孔或者任何規(guī)則的機構。Myrinet支持計算機機群的應用有很大的潛力,但是,與總線縣相關的主機接口在將許多各異的主機連接到Myrinet時仍有限制。
(2)HiPPI是Los Alamos國家實驗室于1987年提出的一個標準,其目的是試圖統(tǒng)一來自不同產商生產的所有大型機和超級計算機的接口,在大型機和超級計算機工業(yè)界,HiPPI作為短距離的系統(tǒng)到系統(tǒng)以及系統(tǒng)到外設連接的高速I/O通道。
現(xiàn)在,超級HiPPI技術早已開發(fā)成功,由于它提供完全不同的實現(xiàn)方式,因而缺乏和傳統(tǒng)的HiPPI通道的向后兼容。
(3)光纖通道和FDDI環(huán)
光纖通道和FDDI是在多個處理器之間和處理器和外圍設備之間的兩種類型,兩者都是為了開發(fā)光纖技術。
(4)ATM(Asynchronous Transfer Mode)
由成立于1991年的ATM論壇和ITU標準定義,起源于Telecom公司,在因特網(wǎng)主干線上以MAN和WAN形式出現(xiàn)。是一種獨立于介質的消息傳輸協(xié)議,目的是將實時和突發(fā)數(shù)據(jù)的傳輸合并為單一的網(wǎng)絡技術,支持LAN和WAN的需求。目前,大多數(shù)計算機公司都有各自的ATM組網(wǎng)技術,以支持企業(yè)和局域網(wǎng)。
ATM網(wǎng)絡在數(shù)字電話、事務處理、分布式多媒體處理等各個方面都有很廣泛的應用,尤其在電信工業(yè),ATM實現(xiàn)了許多寬帶ISDN服務。
(5)SCI(Scalable Coherence Interface)
它是一種既保持了總線的優(yōu)點又具有傳統(tǒng)網(wǎng)絡空間的擴展性的標準互連結構,它將通常的底板總線擴展到全雙工、點到點的互連結構,并提供分布共享存儲器一致的高速緩存映像。
由于并行計算機用戶數(shù)量的局限,雖然互連網(wǎng)絡走過了幾十年的歷程,但是發(fā)展依舊緩慢,尚有很多課題內容供我們發(fā)掘研究,包括:
(1)互連網(wǎng)絡拓撲結構的應用開發(fā) 主要包括對已有拓撲結構的應用研究、研究新的變形結構和開發(fā)新的拓撲結構
(2)新型開關模塊的研究 主要包括了開關模塊的結構研究和新型材料開關的研究
(3)互連代數(shù)的研究 屬于理論研究,是一項現(xiàn)代技術,互連函數(shù)為了表示互連網(wǎng)絡中終點和源點之間的關系。
隨著通信技術的發(fā)展,全光網(wǎng)作為一種新興的光纖通信網(wǎng)技術,引起學術界廣泛的關注。在這種網(wǎng)絡中,數(shù)據(jù)由源節(jié)點到目的節(jié)點的傳輸和交換過程都在光域內進行,中間不存在任何光電之間的轉換,從而避免了由電子器件產生的“電子瓶頸”現(xiàn)象.全光網(wǎng)具有高帶寬、信號透明、兼容性好、可擴放、可重構、結構簡單、可靠性高等優(yōu)點。從而使得這種新興技術成為構建互連網(wǎng)絡的關鍵技術。全光互連網(wǎng)絡也成為并行計算機的重要發(fā)展方向。
光網(wǎng)絡是利用光纖作為傳輸媒介,利用光信號傳輸來進行信息交換的網(wǎng)絡。光網(wǎng)絡備受矚目,是因為它擁有許多優(yōu)點。其中大多數(shù)優(yōu)點是由于采用光纖作為通信介質的緣故。具體有①較大的帶寬;②較好的信號質量;③布署和維護容易;④安全性好。
全光網(wǎng)是在光網(wǎng)絡的基礎上發(fā)展起來的光纖通信網(wǎng)技術。全光網(wǎng)絡中,數(shù)據(jù)由源節(jié)點到目的節(jié)點的傳輸和交換都在光域內完成,中間不使用任何光電轉換器。全光網(wǎng)具有高帶寬、信號透明、兼容性好、可擴放、可靠性高等優(yōu)點。為了充分利用全光網(wǎng)中的高帶寬,在光纖中根據(jù)波長的不同將光纖的帶寬分成多個不重疊的波長通道,任兩個相鄰的通道間留有一定的間隔頻段以避免信號間的串擾。每個波長通道的傳輸速率與電子設備和光傳輸器/接收器的速率相匹配。這就是波分復用(wavelength division multiplex,簡稱WDM)。盡管現(xiàn)在基于波分復用技術的全光網(wǎng)還沒有達到完全實用化,但是基于WDM技術的全光網(wǎng)己成為了通信網(wǎng)絡研究的重要方向。
雖然采用波分復用技術的全光網(wǎng)中存在多個不同波長的通信信道,但是由于受到目前技術的限制,一根光纖中可以容納的波長數(shù)是有限的,所以波長就成為光網(wǎng)中的一種重要的資源。如何充分利用已有的波長仍是全光網(wǎng)研究中的一個重要問題。
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