JP2006215815A - 情報処理システム、計算ノード、情報処理システムの制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 複数の計算ノード11を波長選択スイッチ14を介して接続し、個々の計算ノード11は、複数の波長の光信号を送受信する光信号出力部12および光信号入力部13を設け、個々の計算ノード11に異なる波長を割当て、計算ノード11間の通信では、通信先の計算ノード11に対応した波長の光信号を送信し、波長選択スイッチ14は、この光信号を目的の計算ノード11に導いて光信号入力部13に出力することで、複数の計算ノード11間の通信を行う。波長選択スイッチ14内では、必要に応じて、複数の計算ノード11から送出された複数の光信号を波長多重し、波長多重された光信号の経路制御を行う。
【選択図】図1
Description
すなわち、この特許文献1の技術では、並列計算機を構成する複数のプロセッサの全てが、異なるメッセージを他のプロセッサに送信する全対全通信において、並列計算機を構成するプロセッサの台数に応じたフェーズ管理手段を各プロセッサに設けている。そして、予め決められた送信元および送信先のプロセッサの情報をこのフェーズ管理手段に記憶しておき、全対全通信の実行時に、個々のプロセッサがフューズ管理手段を参照して、各フューズ毎に自プロセッサの送信タイミングを決めることにより、プロセッサ間を接続するトーラスネットワーク上での当該プロセッサ間の通信の競合を回避して、効率的な全対全通信を実現しようとしている。
一方で、高性能コンピュータの更なる性能向上のためには、多くのプロセッサの並列度を高める必要がある。その場合に、大量のノードの接続を通信ケーブルの多重化だけで実現しようとすると、大量のケーブルの敷設が必要となり、実装スペースが増大し、管理も煩雑になるという問題が生じる。そのため、通信ケーブルの本数および長さの低減は重要である。
複数の前記計算ノードを相互に接続する光伝送路と、
前記光伝送路に介在し、一つの前記計算ノードから出力される前記光信号の波長に基づいて前記光信号を特定の前記計算ノードに伝達する光路切替手段と、
を含む情報処理システムを提供する。
複数の前記計算ノード間の接続の切り替えを行う第1光路切替手段と、
複数の前記計算ノード間で授受される光信号を波長多重化し、個々の接続先の前記計算ノードへの通信容量を波長単位で可変に制御する第2光路切替手段とを、前記光伝送路に介在させた情報処理システムを提供する。
複数の前記計算ノードを相互に接続する光伝送路と、
前記光伝送路に介在し、一つの前記計算ノードから出力される前記光信号の波長に基づいて前記光信号を特定の前記計算ノードに伝達する波長選択スイッチと、
を含む情報処理システムを提供する。
複数の前記計算ノードを相互に接続する光伝送路と、
前記光伝送路に介在し、一つの前記計算ノードから出力される前記光信号の波長に基づいて前記光信号を特定の前記計算ノードに伝達する光路切替手段と、
前記の計算ノードから出力された光信号を多重化し、その多重化された光信号の経路を一括で切り替える手段と、
を含む情報処理システムを提供する。
複数の前記計算ノードを相互に接続する光伝送路と、
前記光伝送路に介在し、前記光送信器および光受信器の各々に接続される複数の波長選択スイッチと、
前記光伝送路に介在し、複数の前記波長選択スイッチを相互に接続する光スイッチと、
を含む情報処理システムを提供する。
波長の異なる複数の光信号を個別に出力する光送信器および波長の異なる複数の光信号を個別に入力する光受信器を備えた計算ノードを提供する。
図1は、本発明の一実施の形態である情報処理システムの構成の一例を示す概念図であり、図2は、本実施の形態の情報処理システムを構成する計算ノードの構成の一例を示す概念図、図3は、本実施の形態の情報処理システムの全体構成の一例を示す概念図である。
すなわち、本実施の形態の情報処理システム10では、複数の計算ノード11は、光ファイバ15および波長選択スイッチ14を介して相互に接続されることで、並列計算機システムを構成する。複数の計算ノード11は、計算負荷を分散して並行処理する。個々の計算ノード11においては、当該計算ノード11にて演算処理すべき内容の送受信、および演算の処理の結果の応答を、光ファイバ15および波長選択スイッチ14を介したメッセージ交換にて行う。
計算ノード11の光信号出力部12は、異なる波長の光信号を出力する複数の固定波長送信器12aを備えており、個々の光信号出力部12は、光ファイバ15を介して波長選択スイッチ14の入力ポート14cに接続されている。
図3に例示されるように、本実施の形態の情報処理システム10では、波長選択スイッチ14、および波長選択スイッチ14を介して相互に接続される複数の計算ノード11は、システム管理者が操作する管理コンピュータ16によって制御されている。
図5に例示されるように、波長選択スイッチ24が光信号出力部21と大規模光スイッチ25との間に介在する場合、波長多重分離器24aは光ファイバ23から到来するWDM信号を波長毎に分離する分波器として動作し、波長多重分離器24cは、波長の異なる複数の光信号を波長多重して光ファイバ26に送り出す合波器として機能する。
たとえば、図10に例示されるように、個々の計算ノード11における光信号出力部31および光信号入力部32において、可変波長送受信器を用いることもできる。
(a)実行されるアプリケーションプログラムの規模により、通信先の計算ノード11の数を見積もり、最短経路を計算する。
(c)通信先の計算ノード11に対応した出力波長を波長選択スイッチ24で選択し、3D−Torusに出力する。
図12のフローチャートにて、上述の(a)〜(d)の制御例をより詳細に説明する。まず、情報処理システム20に実行させるべき、シミュレーションプログラム等のアプリケーションプログラムを準備し(ステップ101)、当該アプリケーションプログラムの実行に必要な複数の計算ノード11の数、および最短経路の計算を行う(ステップ102)。
あるいは、特定の計算ノード11にてステップ102の処理を行い、所定の制御インターフェイスにて計算ノード11が管理コンピュータ16を制御することで、ステップ103の処理を行わせてもよい。
図13に3D−Torusにおける別の制御例を示す。この図13の例ではX,Y,Z軸に、それぞれNx波多重、Ny波多重、Nz波多重の光信号が伝送され、軸単位を一つのグループとして、一つの軸上の個々の計算ノード11毎の3D−Torus上の座標に対応してドロップ波長(取り込み波長)を設定することにより、送信側の計算ノード11で送信先の計算ノード11(ノード接続先)を決定することができる。
(b)大規模光スイッチ25で全体のアーキテクチャの構成を変更(接続先の計算ノード11の座標位置を最適化)する。
(d)通信先の計算ノード11に対応した出力波長を波長選択スイッチ24で選択し、3D−Torusに出力する。
図14のフローチャートを参照して、上述の(a)〜(f)の制御をより詳細に説明する。なお、上述の図12のフローチャートと共通する処理は、同一の符号を付して重複した説明は割愛し、異なる部分を説明する。
そして、送信先の計算ノード11に対応して、波長選択スイッチ24で光信号を選択して3D−Torusに出力した後(ステップ108)、この制御例では、目的の計算ノード11までの経路が多軸経由か否か判別し(ステップ202)、多軸経由の場合は、経由する軸変更の都度、光信号を途中の計算ノード11を経由させ、当該計算ノード11の内部に取り込んで再度、3D−Torusに出力させることで、伝送される光信号の減衰を防止する(ステップ205)。
(付記1)
各々が波長の異なる複数の光信号を個別に出力する光送信器および波長の異なる複数の光信号を個別に入力する光受信器を備えた複数の計算ノードと、
複数の前記計算ノードを相互に接続する光伝送路と、
前記光伝送路に介在し、一つの前記計算ノードから出力される前記光信号の波長に基づいて前記光信号を特定の前記計算ノードに伝達する光路切替手段と、
を含むことを特徴とする情報処理システム。
光伝送路を介して複数の計算ノードを接続した情報処理システムであって、
複数の前記計算ノード間の接続の切り替えを行う第1光路切替手段と、
複数の前記計算ノード間で授受される光信号を波長多重化し、個々の接続先の前記計算ノードへの通信容量を波長単位で可変に制御する第2光路切替手段とを、前記光伝送路に介在させたことを特徴とする情報処理システム。
付記2記載の情報処理システムにおいて、
前記第2光路切替手段は、個々の前記計算ノードにおける前記光信号の出力部および入力部の各々に設けられ、前記第1光路切替手段と前記第2光路切替手段との間は、前記第2光路切替手段を介してすべての前記計算ノードが同時に接続されるフルメッシュ接続を構成することを特徴とする情報処理システム。
付記2記載の情報処理システムにおいて、
複数の前記計算ノードは、前記第1光路切替手段および前記第2光路切替手段および前記光伝送路を介して論理的に3次元のトーラス接続を構成し、
前記トーラス接続のX,Y,Zの3軸の正負の接続方向の各々に異なる波長のグループの前記光信号を割当てて、波長多重による前記計算ノード間の通信が行われることを特徴とする情報処理システム。
各々が波長の異なる複数の光信号を個別に出力する光送信器および波長の異なる複数の光信号を個別に入力する光受信器を備えた複数の計算ノードと、
複数の前記計算ノードを相互に接続する光伝送路と、
前記光伝送路に介在し、一つの前記計算ノードから出力される前記光信号の波長に基づいて前記光信号を特定の前記計算ノードに伝達する波長選択スイッチと、
を含むことを特徴とする情報処理システム。
各々が波長の異なる複数の光信号を個別に出力する光送信器および波長の異なる複数の光信号を個別に入力する光受信器を備えた複数の計算ノードと、
複数の前記計算ノードを相互に接続する光伝送路と、
前記光伝送路に介在し、一つの前記計算ノードから出力される前記光信号の波長に基づいて前記光信号を特定の前記計算ノードに伝達する光路切替手段と、
前記の計算ノードから出力された光信号を多重化し、その多重化された光信号の経路を一括で切り替える手段と、
を含むことを特徴とする情報処理システム。
各々が波長の異なる複数の光信号を個別に出力する光送信器および波長の異なる複数の光信号を個別に入力する光受信器を備えた複数の計算ノードと、
複数の前記計算ノードを相互に接続する光伝送路と、
前記光伝送路に介在し、前記光送信器および光受信器の各々に接続される複数の波長選択スイッチと、
前記光伝送路に介在し、複数の前記波長選択スイッチを相互に接続する光スイッチと、
を含むことを特徴とする情報処理システム。
付記7記載の情報処理システムにおいて、
個々の前記計算ノードの前記光送信器は、複数の光信号を波長多重して波長多重光として前記波長選択スイッチに送出する合波器を備え、
個々の前記計算ノードの前記光受信器は、前記波長選択スイッチから到来する波長多重光を波長毎に分離する分波器を備え、
前記光送信器および光受信器の各々と前記波長選択スイッチとの間は一つの前記光伝送路にて接続されていることを特徴とする情報処理システム。
付記7記載の情報処理システムにおいて、
個々の前記波長選択スイッチは、
外部から入力される波長多重光を波長毎の光信号に分離する分波器と、
前記光信号を複数のグループに波長多重する合波器と、
前記分波器と前記合波器との間おける前記光信号の伝送経路を切り替えるマトリクススイッチと、
を含み、個々の前記計算ノードと前記光スイッチとを1対多接続することを特徴とする情報処理システム。
付記7記載の情報処理システムにおいて、前記波長選択スイッチおよび前記光スイッチおよび前記光伝送路を介して論理的に3次元のトーラス接続を構成し、
前記トーラス接続のX,Y,Zの3軸の正負の接続方向への光信号出力の選択を波長選択スイッチで行い、その計算ノード間の接続状態は前記光スイッチで制御することを特徴とする情報処理システム。
付記7記載の情報処理システムにおいて、
複数の前記計算ノードは、前記波長選択スイッチおよび前記光スイッチおよび前記光伝送路を介して論理的に3次元のトーラス接続を構成し、
前記トーラス接続のX,Y,Zの3軸の正負の接続方向の各々に異なる波長のグループの前記光信号を割当てて、波長多重による前記計算ノード間の通信が行われることを特徴とする情報処理システム。
光路切替手段を介して他の計算ノードと相互に接続されることで情報処理システムを構成する計算ノードであって、
波長の異なる複数の光信号を個別に出力する光送信器および波長の異なる複数の光信号を個別に入力する光受信器を備えたことを特徴とする計算ノード。
付記12記載の計算ノードにおいて、
前記光送信器は、複数の光信号を波長多重して波長多重光として前記波長選択スイッチに送出する合波器を備え、
前記光受信器は、前記波長選択スイッチから到来する波長多重光を波長毎に分離する分波器を備え、たことを特徴とする計算ノード。
付記12記載の計算ノードにおいて、
通信先の他の前記計算ノードまたは前記計算ノードのグループ毎に異なる波長の前記光信号を送信する機能を備えたことを特徴とする計算ノード。
各々が波長の異なる複数の光信号を個別に出力する光送信器および波長の異なる複数の光信号を個別に入力する光受信器を備えた複数の計算ノードを光路切替手段を介して接続し、前記光路切替手段によって、個々の前記波長の単位および/または前記波長を多重化した単位で複数の前記計算ノード間における前記光信号の伝達経路の切り替えを行うことを特徴とする情報処理システムの制御方法。
付記15記載の情報処理システムの制御方法において、
前記光路切替手段として、波長選択スイッチを用い、複数の前記計算ノードをクロスバー接続することを特徴とする情報処理システムの制御方法。
付記15記載の情報処理システムの制御方法において、
前記光路切替手段は、
個々の前記計算ノードの前記光送信器および光受信器に接続された波長選択スイッチと、
すべての前記計算ノードの前記光送信器に設けられた前記波長選択スイッチと、すべての前記計算ノードの前記光受信器に設けられた前記波長選択スイッチとを同時に接続可能なように複数の前記波長選択スイッチ間を接続する光スイッチと、
を含むことを特徴とする情報処理システムの制御方法。
付記15記載の情報処理システムの制御方法において、
複数の前記計算ノードは、前記光路切替手段を介して論理的に3次元のトーラス接続を構成し、
前記トーラス接続のX,Y,Zの3軸の正負の接続方向の各々に異なる波長のグループの前記光信号を割当てて、波長多重による前記計算ノード間の通信が行われることを特徴とする情報処理システムの制御方法。
付記15記載の情報処理システムの制御方法において、
前記情報処理システム上で実行すべきアプリケーションプログラムに応じて、必要な前記計算ノードの数を見積もり、前記計算ノード間の最短経路を計算する工程と、
前記最短経路を実現するように、数前記光路切替手段にて、前記計算ノードの接続関係を設定する工程と、
送信側の前記ノードにおいて、通信先の前記ノードに対応した出力波長の信号光を前記光路切替手段にて選択して前記光伝送路に出力する工程と、
受信側の前記ノードにおいて、前記出力波長の前記信号光を選択的に受信する工程と、
を含むことを特徴とする情報処理システムの制御方法。
複数の計算ノードを光伝送路および光路切替手段を介して3次元トーラス構造に接続し、前記トーラス接続のX,Y,Zの3軸の正負の接続方向の各々に異なる波長のグループの前記光信号を割当てて、波長多重による前記計算ノード間の通信を行うことを特徴とする情報処理システムの制御方法。
11 計算ノード
11a 演算コア
11b メモリ
11c CPU
11d 通信インターフェイス
11e 制御ポート
12 光信号出力部
12a 固定波長送信器
13 光信号入力部
13a 固定波長受信器
14 波長選択スイッチ
14a 制御ポート
14b マトリクススイッチ
14c 入力ポート
14d 出力ポート
15 光ファイバ
16 管理コンピュータ
16a 制御線
20 情報処理システム
21 光信号出力部
21a 合波器
22 光信号入力部
22a 分波器
23 光ファイバ
24 波長選択スイッチ
24a 波長多重分離器
24b マトリクススイッチ
24c 波長多重分離器
24d 制御ポート
25 大規模光スイッチ
25a 制御ポート
26 光ファイバ
26a 光ファイバ
30 情報処理システム
31 光信号出力部
31a 波長可変送信器
31b 波長無依存多重化器
32 光信号入力部
32a 波長可変受信器
32b 波長無依存分離器
41 固定波長別選択器
Claims (12)
- 各々が波長の異なる複数の光信号を個別に出力する光送信器および波長の異なる複数の光信号を個別に入力する光受信器を備えた複数の計算ノードと、
複数の前記計算ノードを相互に接続する光伝送路と、
前記光伝送路に介在し、一つの前記計算ノードから出力される前記光信号の波長に基づいて前記光信号を特定の前記計算ノードに伝達する光路切替手段と、
を含むことを特徴とする情報処理システム。 - 光伝送路を介して複数の計算ノードを接続した情報処理システムであって、
複数の前記計算ノード間の接続の切り替えを行う第1光路切替手段と、
複数の前記計算ノード間で授受される光信号を波長多重化し、個々の接続先の前記計算ノードへの通信容量を波長単位で可変に制御する第2光路切替手段とを、前記光伝送路に介在させたことを特徴とする情報処理システム。 - 各々が波長の異なる複数の光信号を個別に出力する光送信器および波長の異なる複数の光信号を個別に入力する光受信器を備えた複数の計算ノードと、
複数の前記計算ノードを相互に接続する光伝送路と、
前記光伝送路に介在し、一つの前記計算ノードから出力される前記光信号の波長に基づいて前記光信号を特定の前記計算ノードに伝達する波長選択スイッチと、
を含むことを特徴とする情報処理システム。 - 各々が波長の異なる複数の光信号を個別に出力する光送信器および波長の異なる複数の光信号を個別に入力する光受信器を備えた複数の計算ノードと、
複数の前記計算ノードを相互に接続する光伝送路と、
前記光伝送路に介在し、一つの前記計算ノードから出力される前記光信号の波長に基づいて前記光信号を特定の前記計算ノードに伝達する光路切替手段と、
前記の計算ノードから出力された光信号を多重化し、その多重化された光信号の経路を一括で切り替える手段と、
を含むことを特徴とする情報処理システム。 - 各々が波長の異なる複数の光信号を個別に出力する光送信器および波長の異なる複数の光信号を個別に入力する光受信器を備えた複数の計算ノードと、
複数の前記計算ノードを相互に接続する光伝送路と、
前記光伝送路に介在し、前記光送信器および光受信器の各々に接続される複数の波長選択スイッチと、
前記光伝送路に介在し、複数の前記波長選択スイッチを相互に接続する光スイッチと、
を含むことを特徴とする情報処理システム。 - 請求項5記載の情報処理システムにおいて、
個々の前記計算ノードの前記光送信器は、複数の光信号を波長多重して波長多重光として前記波長選択スイッチに送出する合波器を備え、
個々の前記計算ノードの前記光受信器は、前記波長選択スイッチから到来する波長多重光を波長毎に分離する分波器を備え、
前記光送信器および光受信器の各々と前記波長選択スイッチとの間は一つの前記光伝送路にて接続されていることを特徴とする情報処理システム。 - 請求項5記載の情報処理システムにおいて、
個々の前記波長選択スイッチは、
外部から入力される波長多重光を波長毎の光信号に分離する分波器と、
前記光信号を複数のグループに波長多重する合波器と、
前記分波器と前記合波器との間おける前記光信号の伝送経路を切り替えるマトリクススイッチと、
を含み、個々の前記計算ノードと前記光スイッチとを1対多接続することを特徴とする情報処理システム。
- 請求項5記載の情報処理システムにおいて、前記波長選択スイッチおよび前記光スイッチおよび前記光伝送路を介して論理的に3次元のトーラス接続を構成し、
前記トーラス接続のX,Y,Zの3軸の正負の接続方向への光信号出力の選択を波長選択スイッチで行い、その計算ノード間の接続状態は前記光スイッチで制御することを特徴とする情報処理システム。 - 請求項5記載の情報処理システムにおいて、
複数の前記計算ノードは、前記波長選択スイッチおよび前記光スイッチおよび前記光伝送路を介して論理的に3次元のトーラス接続を構成し、
前記トーラス接続のX,Y,Zの3軸の正負の接続方向の各々に異なる波長のグループの前記光信号を割当てて、波長多重による前記計算ノード間の通信が行われることを特徴とする情報処理システム。 - 光路切替手段を介して他の計算ノードと相互に接続されることで情報処理システムを構成する計算ノードであって、
波長の異なる複数の光信号を個別に出力する光送信器および波長の異なる複数の光信号を個別に入力する光受信器を備えたことを特徴とする計算ノード。 - 各々が波長の異なる複数の光信号を個別に出力する光送信器および波長の異なる複数の光信号を個別に入力する光受信器を備えた複数の計算ノードを光路切替手段を介して接続し、前記光路切替手段によって、個々の前記波長の単位および/または前記波長を多重化した単位で複数の前記計算ノード間における前記光信号の伝達経路の切り替えを行うことを特徴とする情報処理システムの制御方法。
- 複数の計算ノードを光伝送路および光路切替手段を介して3次元トーラス構造に接続し、前記トーラス接続のX,Y,Zの3軸の正負の接続方向の各々に異なる波長のグループの前記光信号を割当てて、波長多重による前記計算ノード間の通信を行うことを特徴とする情報処理システムの制御方法。
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