JP2014164756A - 並列コンピューティング・システムにおける全対全メッセージ交換のための方法、システム、計算ノード、およびコンピュータ・プログラム(並列コンピューティング・システムにおける全対全メッセージ交換) - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 プログラム・タスクは、N>1の階層レベルlnを備え、n=1からNである、階層型ネットワーク・トポロジを用いる相互接続ネットワークによって接続され、第1のレベルl1はタスクの複数のグループを備え、各上位レベルl(n>1)はレベルl(n−1)グループの少なくとも1つのグループを備える。固有の階層識別子は各タスクについて定義され、階層識別子は、ネットワーク・トポロジのそれぞれの階層レベルにおいて、そのタスクが属するグループに依存する。交換の連続相のそれぞれにおいて、各タスクは、送信側タスクの階層識別子およびネットワーク・トポロジに基づいて、その階層識別子が決定されるそれぞれの宛先タスクにネットワークを介してメッセージを送信し、結果として生じる全対全メッセージ交換のための交換パターンが、前記ネットワーク・トポロジにおける階層距離を所望の様式で活用する。
【選択図】 図7
Description
(a)
(b)
上式で「shift」は固定整数値であり、Xは通信しているタスクの合計数である。
各タスクについて、ネットワーク・トポロジのそれぞれの階層レベルにおいて、そのタスクが属するグループに依存する固有の階層識別子を定義すること、および、
送信側タスクの階層識別子およびネットワーク・トポロジに基づいて、各タスクで、交換の連続相のそれぞれにおいて、その階層識別子が決定されるそれぞれの宛先タスクにネットワークを介してメッセージを送信することであって、結果として生じる全対全メッセージ交換のための交換パターンが、ネットワーク・トポロジにおける階層距離を所望の様式で活用する、送信すること、
を含む。
の通信タスクで構成される、レベルNまで同様であることが理解できよう。
を通じて増分可能である。N個の相要素のセットp1、p2、...、pNは、可変基数M1、M2、...、MN内にこれらの値の可変基数表現を提供し、これによって各相要素pnは基数Mnに対応する。可変基数表現は、数の均一基数表現の良く知られた概念と同様であるが、あらゆる数字の基数があらゆる他の数字の基数に依存していないという点が異なる。例として、数の(均一な)基数10表現において、いずれの数字も0から9の値(すなわち10−1)を取ることが可能である。同様に、数の(均一な)基数2表現において、いずれの数字も0から1の値(すなわち2−1)を取ることが可能である。これに対して、可変基数(2,10)表現では、最下位の数字は0から(2−1)の間の値を取ることが可能であり、最下位から2番目の数字は0から(10−1)の間の値を取ることが可能である。この可変基数における数0、1、2、3、4は、00、10、01、11、02(一番左が最下位の数字)として表されることになる。相表現p1、p2、...、pNに戻ると、qrが積M1・M2・...・M(r−1)によるpの整数除算の商である場合、各数字prは、Mrによるqrの整数除算の剰余として算出可能である。
送信側タスクの階層識別子および相互接続ネットワークのトポロジの両方に依存する交換アルゴリズム、ならびに相インデックスの値を介して、動的に決定される。交換アルゴリズムは、結果として生じる交換パターンがネットワーク・トポロジにおける階層距離を所望の様式で活用するようなものである。
を介して決定され、上式で、
は、宛先タスクの階層識別子のn番目の識別要素であり、
は、送信側タスクの階層識別子のn番目の識別要素である。この関数を用いると、各ステップにおける加算はMnを法として実行されるため、相互接続ネットワーク階層の適切なレベルでの実際のグループ・サイズに依存する。この交換関数の効果は図7に示されている。この図は、各レベルl1グループにおける4つの通信タスク、および単一のレベルl2グループにおける4つのレベルl1グループに対応する、図4の階層トポロジを伴うシステムに対して結果として生じる交換パターンを示している。相0から3は局所(同じレベルl1グループ内のタスク間での交換に対応する)であり、残りの相は遠隔である。遠隔相については、明確にするために、第1のl1グループ内のタスクから開始される交換のみが示されている。(図7は、特定のサブグループ・ラベル付けシステムに対応する1つの可能な交換パターンのみを示していることに留意されたい。このラベル付けは交換の特性に対して直角であり、M1!・M2!・...・MN!の明確なラベル付けシステムのそれぞれは、新しい明確な交換パターンにつながる。)
を含み、これら構成要素は、
のように、その相に関する相インデックスpのそれぞれの対応する相要素pnに依存し、
n>1の場合、対応する相要素pn=0であれば、
であり、そうでなければ、
である。したがって第1の実施形態と比較すると、そのメッセージの宛先を計算するためにソース・タスクによって使用される元の相インデックスの各非ゼロ相要素p(n>1)は、その相要素pnに対応するレベルlnの直下の階層レベル内でそのソース・タスクに割り当てられたオフセットによって効果的に増補される。結果として生じるオフセット相表現psは、第2の実施形態のための交換関数を取得するために、上記の数式(1)内の相インデックスpの代わりに使用される。すなわち、各メッセージに関する宛先タスクの階層識別子は、以下の交換関数
を介して、送信側タスクの階層識別子およびオフセット相表現から決定される。再度、図4の階層トポロジに対して、結果として生じる交換パターンが図8に示されている。前述のように、相0から3は局所であり、後続の相は遠隔であって、遠隔相では明確にするために、第1のレベルl1グループ内のタスクから開始される交換のみが示されている。
a.送信側タスクと同じ計算ノード内のタスク
b.送信側タスクと同じレベルlcスイッチに接続された計算ノード内のタスク
c.スイッチSと同じレベルlc+1局所グループ内のスイッチに接続された計算ノード内のタスク
d.当該遠距離リンクを介して当該スイッチSに接続された、当該少なくとも1つの他のレベルlc+1グループ内の、スイッチS’に接続された計算ノード内のタスク
e.当該スイッチS’と同じレベルlc+1局所グループ内のレベルlcスイッチに接続された計算ノード内のタスク
f.当該遠距離リンクを介して当該スイッチSと同じレベルlc+1局所グループ内の別のスイッチに接続された、当該少なくとも1つの他のレベルlc+1グループ内の、スイッチS’に接続された計算ノード内のタスク
g.すべての他のタスク
したがってこの第3の交換方法では、送信側タスクからのメッセージに関する宛先タスクの階層識別子が、送信側タスクの階層識別子およびネットワーク・トポロジに基づいて、各送信側タスクに対する上記の順序に従い、連続相内で決定される。図9は、特定の送信側タスクに対する、上記のステップのそれぞれに対応するノードを示す。ここで「a」とラベル付けされたノードは、送信側タスクを含むノードである。上記プロセスの後続のステップが到達するタスクを含むノードは、適切なステップに対応する文字でラベル付けされる。
を通じて増分される)はこの新しい可変基数で表される。したがって、相インデックスpは、可変基数MN、M(N−1)、...、Mk+2、Mk+1、M1、M2、...、Mkにおける整数値
の可変基数表現を提供する、N個の相要素pjのセットを含む。
(a)宛先タスクの2次識別子を
として取得することであり、ここで
は、宛先タスクの2次識別子のj番目の要素であり、
は、送信側タスクの2次識別子のj番目の要素である、取得すること、およびその後、
(b)宛先タスクの2次識別子のN個の要素
を、基数順Mnに変えることであり、n=1からNである、変えること、
によって決定される。
の順序とは異なる順序で実行される。この相順序は、シーケンス
の任意の置換とすることができる。すなわち前述の交換方法は、相の順序を前述の順序の任意の置換に変更することによって、修正可能である。第1、第2、および第4の交換方法では、これは、交換の各連続相について、整数値
の異なる1つを取る相インデックスpを使用することによって達成可能であり、これらの値は任意の順序で発生可能である。前述の第3の交換方法では、この方法と共に取得される結果として生じる交換の相は、単に別の相順序で実行可能である。以前の交換プロセスは遠隔性増加(すなわちネットワーク・トポロジにおける階層距離の増加)の順に進行し、異なる相順序では、任意の所与の相でのメッセージ交換は同じ「遠隔性の値」を有するものであった。すなわち、任意の特定相内のすべてのメッセージによって、同じ階層距離がトラバースされた。各個別の相の構造がこの順序変更によって影響を受けないままであるという事実は、依然として、前述のほとんどの性能利得が保持されることにつながる。
Claims (22)
- N>1の階層レベルlnを備え、n=1からNである、階層型ネットワーク・トポロジを用いる相互接続ネットワークによって接続されたプログラム・タスク間での、全対全メッセージ交換のための方法であって、第1のレベルl1は前記タスクの複数のグループを備え、各上位レベルl(n>1)はレベルl(n−1)グループの少なくとも1つのグループを備え、
各タスクについて、前記ネットワーク・トポロジのそれぞれの階層レベルにおいて、そのタスクが属する前記グループに依存する固有の階層識別子を定義すること、および、
送信側タスクの前記階層識別子および前記ネットワーク・トポロジに基づいて、各タスクで、前記交換の連続相のそれぞれにおいて、その階層識別子が決定されるそれぞれの宛先タスクに前記ネットワークを介してメッセージを送信することであって、結果として生じる全対全メッセージ交換のための交換パターンが、前記ネットワーク・トポロジにおける階層距離を所望の様式で活用する、前記送信すること、
を含む、方法。 - 同じ階層レベルln内のすべてのグループが同じサイズMnを有し、
固有のサブグループ・ラベルsi、i=1からMnが、各レベルlnグループ内の各タスクについて、および各レベルl(n>1)グループ内の各レベルl(n−1)グループについて、定義され、
前記タスクについての前記階層識別子が、それぞれの階層レベルに対応するN個の識別子要素のセットを有し、階層レベルl1に対応する前記識別子要素m1が、そのタスクに関する前記サブグループ・ラベルにsiに依存し、階層レベルl(n>1)に対応する前記識別子要素m(n>1)が、そのタスクが属する前記レベルl(n−1)グループに関する前記サブグループ・ラベルにsiに依存する、
請求項1に記載の方法。 - 各サブグループ・ラベルsi=(i−1)である、請求項2に記載の方法。
- 前記タスクについての前記階層識別子において、前記識別子要素m1がそのタスクについての前記サブグループ・ラベルsiであり、各識別子要素m(n>1)がそのタスクが属する前記レベルl(n−1)グループに関する前記サブグループ・ラベルsiである、請求項2または3に記載の方法。
- 前記交換で送信される各メッセージについて、そのメッセージに関する前記宛先タスクの前記階層識別子が、前記交換の各連続相についてその値が変化する相インデックスにさらに依存する、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記相インデックスが、前記階層識別子のそれぞれの識別要素mnに対応するN個の相要素pnのセットを備える、請求項2に依存する請求項5に記載の方法。
- 各レベルlnグループに属する前記タスクについて、各タスクについてオフセット値Oが定義され、前記オフセット値がそのグループ内のタスク間で固有であり、
前記交換の各相において各タスクによって送信される各メッセージについて、そのメッセージに関する前記宛先タスクの前記階層識別子が、前記相に関する前記相インデックスp、および、そのタスクがそれぞれの階層レベル内で属する前記グループ内の前記タスクについて定義された前記オフセット値に依存する、オフセット相表現psに依存する、
請求項7に記載の方法。 - 各タスクの2次識別子を、可変基数MN、M(N−1)、...、Mk+2、Mk+1、M1、M2、...、Mkにおけるそのタスクのタスク・インデックスtの表現として定義することを含み、ここでkは、1≦k≦Nとなるような所定の調整パラメータであり、前記タスク・インデックスtが、可変基数表現で前記タスクに関する前記階層識別子のN個の要素mnの前記セットによって示される値であり、各識別子要素mnが基数Mnに対応し、それによって前記2次識別子は、それぞれの基数Mjに対応するN個の2次要素mjのセットを含み、ここでj=N、(N−1)、...、k+2、k+1、1、2、...、kであり、
前記交換の前記相のそれぞれで送信される各メッセージについて、そのメッセージに関する前記宛先タスクの前記階層識別子が、前記交換の各連続相について、整数値
前記交換の前記相のそれぞれで送信される各メッセージについて、そのメッセージに関する前記宛先タスクの前記階層識別子の前記N個の識別要素が、前記宛先タスクの前記2次識別子を、
請求項3および4に記載の方法。 - 前記ネットワークが、前記階層のレベルlc内の前記グループが前記タスクを含む計算ノードに接続されたそれぞれのスイッチに対応する、ドラゴンフライ・ネットワークを含み、ここで、各計算ノードが単一のタスクを含む場合はc=1であり、各計算ノードが複数のタスクを含む場合はc=2であり、各レベルlc+1グループは、それぞれが遠距離リンクを介して少なくとも1つの他のレベルlc+1グループ内のスイッチに接続されたレベルlcスイッチの局所グループに対応し、各レベルlc+2グループは、レベルlc+1グループのグループに対応し、前記交換の連続相において、各タスクは、
a.そのタスクと同じ計算ノード内のタスク
b.そのタスクと同じレベルlcスイッチに接続された計算ノード内のタスク
c.スイッチSと同じレベルlc+1局所グループ内のスイッチに接続された計算ノード内のタスク
d.当該遠距離リンクを介して当該スイッチSに接続された、当該少なくとも1つの他のレベルlc+1グループ内の、スイッチS’に接続された計算ノード内のタスク
e.当該スイッチS’と同じレベルlc+1局所グループ内のレベルlcスイッチに接続された計算ノード内のタスク
f.当該遠距離リンクを介して当該スイッチSと同じレベルlc+1局所グループ内の別のスイッチに接続された、当該少なくとも1つの他のレベルlc+1グループ内の、スイッチS’に接続された計算ノード内のタスク
g.すべての他のタスク
の順に選択されたそれぞれの宛先タスクにメッセージを送信する、
請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。 - 前記交換の結果として生じる相が他の相順序で実行される、請求項13に記載の方法。
- 各タスクで、前記交換の各相で送信される前記メッセージについて、前記宛先タスクの前記階層識別子を動的に決定することを含む、請求項1から15のいずれか一項に記載の方法。
- システムの相互接続ネットワークによって接続されたプログラム・タスクを含む、複数の計算ノードを備える並列コンピューティング・システムであって、前記ネットワークが、N>1の階層レベルlnを備える階層ネットワーク・トポロジを有し、n=1からNであり、第1のレベルl1は前記タスクの複数のグループを備え、各上位レベルl(n>1)はレベルl(n−1)グループの少なくとも1つのグループを備え、前記システムが、前記プログラム・タスク間での全対全メッセージ交換のために、請求項1から15に記載の方法を実行するように適合される、並列コンピューティング・システム。
- 前記ネットワークがファット・ツリー・ネットワークであり、前記システムが、前記プログラム・タスク間での全対全メッセージ交換のために、請求項8に記載の方法を実行するように適合される、請求項16に記載のシステム。
- 前記ネットワークがドラゴンフライ・ネットワークを含み、前記システムが、前記プログラム・タスク間での全対全メッセージ交換のために、請求項11に記載の方法を実行するように適合される、請求項16に記載のシステム。
- 前記ネットワークがスリム・ファット・ツリー・ネットワークを含み、前記システムが、前記プログラム・タスク間での全対全メッセージ交換のために、請求項12に記載の方法を実行するように適合される、請求項16に記載のシステム。
- 前記ネットワークがドラゴンフライ・ネットワークを含み、前記システムが、前記プログラム・タスク間での全対全メッセージ交換のために、請求項13または14に記載の方法を実行するように適合される、請求項16に記載のシステム。
- 前記システムの少なくとも1つのプログラム・タスクを含む計算ノードであって、前記システムの前記プログラム・タスク間での全対全メッセージ交換のために、前記システムの他の計算ノードと集合的に、前記方法を実行するように適合される、請求項16から20のいずれか一項に記載の並列コンピューティング・システムの計算ノード。
- 前記他の計算ノードと集合的に、全対全メッセージ交換のために、請求項21に記載の計算ノードに前記方法を実行させるためのプログラム・コード手段を備える、コンピュータ・プログラム。
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