Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Тор межсоединения представляют собой переключатель меньше топологии сети для соединения по обработке узлов в параллельной компьютерной системе.

Схема трехмерного межсоединения тора . Он не ограничен 8 узлами, но может состоять из любого числа узлов в аналогичном прямолинейном массиве.

Введение [ править ]

В геометрии , A тор создается вращением окружности вокруг оси копланарных к окружности. Хотя это общее определение в геометрии, топологические свойства этого типа формы описывают топологию сети по сути.

Иллюстрация геометрии [ править ]

Следующие изображения - 1D и 2D тор. 1D тор представляет собой простую окружность, а 2D тор имеет форму бублика. На приведенной ниже анимации показано, как двухмерный тор создается из прямоугольника путем соединения двух пар его противоположных краев. Здесь понятие тора используется для описания, по сути, начала и конца последовательности узлов, связанных, как бублик. Чтобы лучше проиллюстрировать концепцию и понять, что означает топология в сетевом соединении, мы приводим 3 примера параллельных взаимосвязанных узлов с использованием торической топологии. В одном измерении топология тора эквивалентна кольцевой межсоединительной сети в форме круга. В 2D это эквивалентно 2D-сетке, но с дополнительным соединением в краевых узлах, что является определением 2D-тора.

  • Пример 1D тора, окружность.

  • Пример двумерного тора, пончик.

  • Создание 2D-тора из 2D-прямоугольника.

Топология сети Torus [ править ]

Мы можем обобщить правило, исходя из приведенных выше рисунков. Межсоединение Torus - это топология без переключателя, которую можно рассматривать как межсоединение сетки с узлами, расположенными в прямолинейном массиве N = 2, 3 или более измерений, с процессорами, подключенными к их ближайшим соседям , и соответствующими процессорами на противоположных краях массив подключен. [1] В этой решетке каждый узел имеет 2N соединений. Эта топология получила свое название от того, что образованная таким образом решетка топологически однородна N-мерному тору .

Визуализация [ править ]

Первые три измерения топологии торической сети легче визуализировать и описаны ниже:

  • иллюстрация 1D Torus

  • иллюстрация 2D-тора

  • иллюстрация 3D Torus

  • 1D Torus: это одномерное измерение, n узлов соединены в замкнутый цикл, при этом каждый узел соединен с его 2 ближайшими соседями, связь может происходить в 2 направлениях, + x и −x. 1D тор аналогичен кольцевому соединению .
  • 2D Тор: это двухмерный со степенью 4, узлы представляются выложенными в двумерной прямоугольной решетке из n строк и n столбцов, причем каждый узел соединен со своими 4 ближайшими соседями, а соответствующие узлы на противоположных ребрах соединены. Соединение противоположных краев можно визуализировать, свернув прямоугольный массив в «трубку» для соединения двух противоположных краев, а затем изогнув «трубку» в тор, чтобы соединить два других. связь может происходить в 4 направлениях: + x, −x, + y и −y. Общее количество узлов 2D Тора равно n 2.
  • Трехмерный тор: он трехмерен, узлы представляются в трехмерной решетке в форме прямоугольной призмы, причем каждый узел соединен со своими 6 соседями, с соответствующими узлами на противоположных гранях массива. Каждое ребро состоит из n узлов. связь может происходить в 6 направлениях, + x, −x, + y, −y, + z, −z. Каждое ребро трехмерного тора состоит из n узлов. Общее количество узлов 3D Torus равно n 3.
  • ND Torus: он может иметь размерность N , каждый узел тора размерности N имеет 2N соседей, связь может происходить в 2N направлениях. Каждое ребро состоит из n узлов. Общее количество узлов этого тора п Н . Основная мотивация наличия тора более высокого размера - достижение большей пропускной способности, меньшей задержки и более высокой масштабируемости.

Массивы более высоких измерений трудно визуализировать, но мы можем видеть из правила выше, что каждое более высокое измерение добавляет еще одну пару ближайших соседних соединений к каждому узлу.

Производительность [ править ]

Ряд суперкомпьютеров из списка TOP500 используют трехмерные торические сети, например, IBM Blue Gene / L и Blue Gene / P , а также Cray XT3. [1] IBM Blue Gene / Q использует пятимерную торическую сеть. Компьютер Fujitsu K и PRIMEHPC FX10 используют запатентованное межсоединение трехмерной торической трехмерной сетки под названием Tofu. [2]

Моделирование производительности 3D Torus [ править ]

Сандип Палур и доктор Иоан Райку из Технологического института Иллинойса провели эксперименты по моделированию работы трехмерного тора. Их эксперименты проводились на компьютере с 250 ГБ оперативной памяти, 48 ядрами и архитектурой x86_64. Имитатором, который они использовали, был РОСС ( система оптимистического моделирования Ренсселера ). В основном они были сосредоточены на трех аспектах: 1. Различный размер сети. 2. Различное количество серверов. 3. Различный размер сообщения. Они пришли к выводу, что пропускная способность уменьшается с увеличением количества серверов и размера сети. В противном случае пропускная способность увеличивается с увеличением размера сообщения. [3]

Характеристики продукта 6D Torus [ править ]

Основная статья: слияние тора

Компания Fujitsu Limited разработала компьютерную модель тора 6D под названием «Тофу». В их модели тор 6D может достигать пропускной способности вне кристалла 100 ГБ / с, масштабируемости в 12 раз выше, чем тор 3D, и высокой отказоустойчивости. Модель используется в компьютерах K и Fugaku . [4]

Преимущества и недостатки [ править ]

Преимущества [ править ]

Более высокая скорость, меньшая задержка
Из-за соединения противоположных краев данные имеют больше возможностей для перемещения от одного узла к другому, что значительно увеличивает скорость.
Лучшая справедливость
В межсоединении с сеткой 4 × 4 наибольшее расстояние между узлами находится от верхнего левого угла до нижнего правого угла. Каждый элемент данных занимает 6 прыжков, чтобы пройти самый длинный путь. Но в межсоединении Torus 4 × 4 верхний левый угол может перемещаться в нижний правый угол всего за 2 прыжка.
Меньшее потребление энергии
Поскольку данные, как правило, передают меньшее количество переходов, потребление энергии обычно ниже.

Недостатки [ править ]

Сложность электромонтажа
Дополнительные провода могут усложнить процесс прокладки на этапе физического проектирования. Если мы хотим проложить больше проводов на кристалле, вероятно, нам потребуется увеличить количество металлических слоев или уменьшить плотность на кристалле, что дороже. В противном случае провода, соединяющие противоположные края, могут быть намного длиннее, чем другие провода. Это неравенство длин каналов может вызвать проблемы из-за задержки RC .
Расходы
Хотя длинные циклические ссылки могут быть самым простым способом визуализировать топологию соединения, на практике ограничения на длину кабеля часто делают длинные циклические ссылки непрактичными. Вместо этого напрямую связанные узлы - включая узлы, которые вышеупомянутая визуализация помещает на противоположных краях сетки, соединенных длинной циклической связью, - физически размещаются почти рядом друг с другом в свернутой торической сети. [5] [6] Каждое звено в свернутой торовой сети очень короткое - почти такое же короткое, как звенья ближайшего соседа в простом межсетевом соединении - и, следовательно, с малой задержкой. [7]

См. Также [ править ]

  • Компьютерный кластер
  • Частная сеть Heartbeat
  • Коммутируемая ткань

Ссылки [ править ]

  1. ^ NR Agida et al. 2005 Blue Gene / L Torus Interconnection Network , IBM Journal of Research and Development, Том 45, № 2/3, март – май 2005 г., стр. 265 «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) на 2011-08-15 . Проверено 9 февраля 2012 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  2. ^ Fujitsu представляет суперкомпьютер Post-K HPC Wire 7 ноября 2011 г.
  3. ^ Сандип, Палур; Райку, доктор Иоан. «Понимание производительности сети Torus с помощью моделирования» (PDF) . Проверено 28 ноября +2016 .
  4. ↑ Иноуэ, Томохиро. «6D Mesh / Torus Interconnect of K Computer» (PDF) . Fujitsu . Проверено 28 ноября +2016 .
  5. ^ "Топология тора малого мира" .
  6. ^ Павел Tvrdik. «Темы в параллельных вычислениях: Вложения и моделирование ИН: Оптимальное вложение торов в сетки» .
  7. ^ «Архитектура 3D Torus и подход Eurotech» .