JP4708647B2 - 拡張可能なコンピュータシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
発明の分野
本発明はコンピュータシステムに関するものであり、他を排除するものではないが、特に、大規模システムアプリケーションにおいて用いる多数のコンピュータ用のプロセッサを備えるコンピュータシステムに関するものである。本発明は拡張可能な電気通信およびインテリジェントネットワークに適用される。
【０００２】
発明の背景
主にフォトニクスの分野を含む電気通信とインテリジェントネットワークにおける近年の発達により、通信に利用可能なバンド幅（bandiwidth）が急速に拡大している。利用可能なバンド幅は、現在、２年ごとにほぼ２倍の速度で拡大しており、今後１０年の間に、少なくとも３０倍の大きさにまで拡大するものと予想される。
【０００３】
電気通信レベルにおけるこのようなバンド幅の急速な拡大に対応するために、相当の演算能力が求められている。そこで、大規模に拡張可能なシステムアーキテクチャに基づいたコンピュータを設計することが望ましい。拡張性は、独自のアプリケーションのサイズや複雑さよりも、むしろモバイル電話装置のような独立ユーザの数によって本質的には変わってくる。
【０００４】
インテリジェントネットワーク（ＩＮ）ドメインのための、大規模に拡張可能なアーキテクチャを設計するという問題については、解決されていない。
【０００５】
インターネットは大規模コンピュータシステムであるが、これは階層的なシステムであり、したがって、大規模な拡張については問題にならない。
【０００６】
他の既知のコンピュータシステムアーキテクチャは、多くの制約のもとで拡張可能であるにすぎず、電気通信とインテリジェントネットワークにおいて、近い将来必要とされている規模よりも小さい。
【０００７】
例えば、図１に示すコンピュータシステムは、シングルノードで動作するＥｒｌａｎｇ／Ｏｐｅｎ Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｌａｔｆｏｒｍ（ＯＴＰ）に基づくものである。コンピュータシステム１０は、ハードウェア１２、オペレーティングシステム１４、ディスプレイ１６、キーボード１８、アプリケーションプログラム２２（例えば、アーランやＣなどのプログラミング言語によるもの）、ソースプログラム２４、ランタイムプログラム２６、ライブラリ２８、データベース３０を備える。本システムは、必要に応じて外部データベース３２に接続可能である。
【０００８】
上記シングルノードにより、アーランのリアルタイム環境又は判定環境を備える適切なシステム開発設備を実現できる。しかしながら、これはインタプリタ／オペレーティングシステム層による潜在的な能力を犠牲にして達成されるものである。
【０００９】
図１に示すシングルノードコンピュータシステムは、十分な能力を有するＡＸＤ−３０１スイッチなどのような非同期伝送ノード（ＡＴＭ）スイッチによって、他の同様のノードにリンク可能である。しかし、かかるスイッチの拡張性は、１：３０であり、超高速通信のバンド幅に要求される大きさよりも小さい。
【００１０】
図２は、スプリット（split）ノードコンピュータシステムを示すもので、ＯＴＰノード３４は、ＣＯＴＳ（ｃｏｍｍｏｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｅｌｆ）システム４０と、マルチプロセッサ（ＭＰ）アーランエンジン５０という密接に結合した２つのノードに分かれている。ＣＯＴＳシステムは本質的には基本システムであり、ＵＮＩＸオペレーティングプラットフォーム４１と、アプリケーションプログラム（例えば、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ、アーラン）４２と、ディスクドライブ４３と、グラフィックス４４と、インターネットモデム４５と、インターネットインターフェース（ＴＣＰ／ＩＰ）４６と、アーランエンジン５０と通信するための入／出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）４７とを備える。
【００１１】
アーランエンジン５０は共有メモリＭＰシステムであり、ＱＮＸのような最適化されたメッセージパッシングカーネル（message passing kernel）（５６）上で動作するアーランにより記述されたソフトウェア５２と５４を実行する。さらに、アーランエンジン５０は、ＣＯＴＳシステム４０と通信するためのＩ／Ｏインターフェース５８を備える。上記ＭＰセットが有する１つのプロセッサを、処理の残りをモニタリングするソフトウェアのために用いることもできる。
【００１２】
図２に示すスプリットノードＯＴＰシステム３４は、複数のリージョナル（regional）プロセッサ（ＲＰ）６１とオペレータのためのサポート（support）プロセッサ（ＳＰ）６２を備え、ネットワークの一部を形成していても良い。リージョナルプロセッサおよびサポートプロセッサ６１、６２はセントラルプロセッサＣＰＡ６３やＣＰＢ６４と接続され、かつ互いに高速ＲＰバス６５によって接続されている。ＭＰアーランエンジン５０は、セントラルプロセッサＣＰＡ６３及びＣＰＢ６４と通信するための高速インターフェース５９を備える。
【００１３】
スプリットノードＯＴＰシステム３４は、ＡＸＥ−１０のようなスイッチ７０によって他のコンピュータシステムと接続することができる。このために、ＡＸＥプログラミングシステム（ＡＰＳ）が提供されてもよい。電気通信アプリケーションにおいて、ＡＸＥ−１０に示すインターフェースは、ＡＸＥ−１０上にあるイーサネットＰＬＥＸ（Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ Ｌａｎｇｕａｇｅ ｆｏｒ Ｅｘｃｈａｎｇｅｓ）ブロックを主に利用することにより高速イーサネットとして用いてもよい。ＰＬＥＸインターフェースとしてのアーランは、２つのモードにおいて実証されており、第１のモードは、リンクを制御するＡＸＥ−１０を用いて、呼び出し転送アプリケーションとして実行するモードである。第２のモードは、ＯＴＰを制御し、ＡＸＥ−１０の料金テーブル（tariff tables）に対して遠隔変換するようなアプリケーションを実行するモードである。
【００１４】
アーランエンジンの拡張の限界は、共有メモリ環境においては最大８つのプロセッサまでである。８つのプロセッサが協働することで、コンパイルコードへの変換において５倍の速度向上が図れ、ＵＮＩＸからＱＮＸへの変換において、２倍の速度向上が図れ、その結果、基本システムから８０倍の規模拡張を可能にする。
【００１５】
このように、これらの既知のシステムはいずれも拡張性に関して制限があり、拡張の余地がないことは明らかである。
【００１６】
そこで、多くのプロセッサを備え、それぞれのプロセッサは、環境によらず、他のプロセッサと有効に通信可能な拡張性のあるコンピュータシステムが望まれている。
【００１７】
発明の概要
１つの局面によれば、本発明は、複数のノードを有する電気通信システムを提供するもので、複数のノードが組合わさって、内部接続された複数の地域（neighbourhood）を形成し、該システムは異なる地域（neighbourhood）のノード間において、比較的わずかな数のクロスリンクが提供されることを特徴とする。
【００１８】
別の局面によれば、本発明は、ノードの多様性を有する大規模コンピュータシステムを提供するもので、各ノードは、内部接続された多くのプロセッサを有し、完全に内部接続されたノードのうちネットワークを構成する地域（neighbourhood）内のノードが、地域（neighbourhood）セットとともにネットワーク内に配されており、ネットワークにおける異なる地域（neighbourhood）のノード間にはランダムリンク（random links）が提供されているため、ネットワークにおいて完全に接続されていない状態でも、ネットワークにおけるかかる環境に関わらず、システムの各プロセッサは他のプロセッサと有効に通信可能である。
【００１９】
本質的には、本発明は電気通信およびインテリジェントネットワークの拡張性および／またはコンピュータアーキテクチャの設計に関する問題を、“スモールワールド（small world）”の原理を適用することによって解決しうることを示したものである。
【００２０】
“スモールワールド（small world）”の概念は、“６段階の分離（six degrees of separation）”の原理から導き出されたものである。６段階の分離とは、ほぼ６の個人的な接触において世界中のいかなる人にも接続できるという理論である。この理論は、俳優のケビン・ベーコンのインターネットサイトを通して閲覧できた。このサイトは、好奇心から作成されたものであったが、６段階の分離の原理を説明するための非常に役にたつ社会学の実験であった。しかしながら、上述の内部接続については、どんな基本的な構造に関してもこのサイトからヒントを得たわけではない。
【００２１】
基本的な構造に関する重要な点は、伝染病の研究から導き出されうる。例えるなら、ペストのような病気が世界の一地域から他の地域へ、すなわち中東からヨーロッパまで急速に広がっていったようなものである。この場合においては、例えば、船で生まれ、他の限られた地域にしか移動しないネズミのように、ある地域において限られたグループが病気を保有し、かつ１つのベクトルがいたことが原因であった。
【００２２】
病気と６段階の分離の原理との関係を理解することによって、６段階の分離の原理の基本的な構造は、少数の相互グループリンクを有する、十分に接続されたグループの集まりであることが明らかになる。それは、“スモールワールド（small world）”ネットワークとよばれ、それらの間に少数のリンクを有し、十分に接続された地域（neighbourhood）を組み合わせたものである。
【００２３】
換言すれば、本発明は“スモールワールド（small world）”ネットワークアーキテクチャを利用するものであり、ネットワーク内の比較的少数のノードすなわち頂点（vetices）がランダムクロスリンクを有することによって、ネットワーク環境に関わらず電気通信／コンピュータネットワークにおけるノードまたは頂点（vertices）間のメッセージを伝達するにあたり、特徴的な短いパスを実現できる。
【００２４】
詳細な説明
“スモールワールド（small world）”の原理を、多くの生物学的かつ社会的なネットワークに適用することが一般に考えられており、それは、これらのシステムが完全にレギュラー（reguler）であるわけでも、完全にランダム（random）であるわけでもなく、その中間に位置する特性を示すものだからである。例えば、伝染病は“スモールワールド（small world）”の特性を示す。この点に関しては、伝染病は、正則格子（reguler lattices）よりもスモールワールドネットワークにおいて、より簡単に広がっていくことは既に述べた通りである。
【００２５】
本発明はスモールワールドの原理を電気通信／コンピュータネットワークに適用したものである。ここではスモールワールドにおける電気通信ネットワークの能力と、レギュラー電気通信およびランダム電気通信の能力との比較をする。図３にレギュラーネットワーク、スモールワールドネットワーク、ランダムネットワークを示す。
【００２６】
ローカル接続のみを有する巨大な電気通信ネットワークにおいて、多くの頂点すなわちノードは多くのリンクによって分けられている。頂点すなわちノード間のローカル接続を有する正則格子ないしリング構造においては、２つの頂点すなわちノード間のパス長（Ｌ）の特徴的な、または平均的な距離は、ネットワークの規模にほぼ比例する。一方、頂点すなわちノード間がランダムな接続のみを有するネットワークにおいては、特徴的なパス長（Ｌ）は、頂点すなわちノードの数に対して対数関数的に増加する。少数のランダムな接続では、他のノードと全く内部接続していない幾つかの頂点すなわちノードができるため、ランダム接続のみを有するネットワークは、不十分に分けられた環境である。
【００２７】
本発明にかかるスモールワールド電気通信ネットワークは、ローカル内の“地域（neighbourhood）”または“組み合わせ（clusters）”における頂点すなわちノードが互いに内部接続され、比較的少数のランダムリンクまたは接続が当該ネットワークの異なる地域（neighbourhood）のノード間に提供されている。
【００２８】
Ｄｕｎｃａｎ Ｊ．ＷａｔｔｓとＳｔｅｖｅｎ Ｈ．ＳｔｒｏｇａｔｚがＮａｔｕｒｅ Ｖｏｌ．３９３、ｐｐ．４４０−４４２の“Ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ “ｓｍａｌｌ−ｗｏｒｌｄ””において、スモールワールドネットワークの構造的な特性を定義することへの数学的なアプローチをし、特徴的なパス長Ｌ（ｐ）とクラスタリング係数Ｃ（ｐ）を提供した。Ｌ（ｐ）は、ネットワークにおける２つの頂点間の典型的な分離度（グローバルな特性）を表し、Ｃ（ｐ）は典型的な地域（neighbourhood）におけるクラスタリング性または接続性（ローカル特性）を表す。
【００２９】
ｎ個のノードと、１ノードあたりｋ個のエッジを有するレギュラーネットワークにおいては、ｐ＝０のとき、Ｌ（０）は、ネットワーク中のノードの数であるｎに比例し、Ｃ（０）はネットワークの特定の幾何学形状または配線によって決まる。
【００３０】
ランダム接続のみを有する完全なランダムネットワークにおいては、ｐ＝１のとき、Ｃランダム−ｋ／ｎ＜＜１では、Ｌランダムはｎに対して対数関数的に変化する。
【００３１】
一方、“スモールワールド（small world）”ネットワークでは、Ｌ（ｐ）がＬランダムと同じくらい小さくなっても、まだ、Ｃ（ｐ）はＣランダムよりはるかに大きく、ｐの間隔が広くなる。図４のグラフにそれを示す。
【００３２】
このようにして、ＷａｔｔｓとＳｔｒｏｇａｔｚは、ノードすなわち頂点間の有効な通信のためのリンクの数であるパス長を抜本的に少なくするためには、少数のランダムグローバル接続によって、レギュラーネットワークをスモールワールドに変えればよいことを数字の上で示した。
【００３３】
“Ｈｏｗ ｔｏ Ｑｕａｎｉｔｉｆｙ Ｓｍａｌｌ−Ｗｏｒｌｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”（Ｆｒａｃｒａｌｓ，Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．４（１９９８）３０１−３０３）というタイトルの論文において、Ｈａｎｓｐｅｔｅｒ Ｈｅｒｚｅｌはスモールワールドリングネットワークにおけるノードの平均接続数ｋeffに対する式を導きだした。１ノードあたりｋ個のリンクのエッジを有するネットワークであって、ｐ個の接続の一部がランダムに再配線されている場合、上述した式は、
Ｋeff＝ｋ・ｐ
ｋeff＞１、特徴的なパス長さＬ（Ｐ）は以下のように表現される。
【００３４】
Ｌ（Ｐ）＝ｌｎ（ｎ）／ｌｎ（ｋeff）＝ｌｎ（ｎ）／（ｌｎ（ｋ）＋ｌｎ（ｐ））
かかる対数の曲線は図４のＬ（ｐ）／Ｌ（０）の曲線に近似する。
【００３５】
本発明において、ネットワーク内のノードの数、地域（neighbourhood）におけるノードの数、地域（neighbourhood）あたりのノードの数およびネットワーク内のクロスリンクの数は、異なるアプリケーションに対して、それぞれ変更してもよく、大規模クラスタリングＣ（ｐ）と小規模平均パス長Ｌ（ｐ）を有するスモールワールドネットワークのようなネットワーク機能を提供することができる。
【００３６】
本発明のスモールワールドネットワークにおけるクロスリンクは、完全にランダムに選択してもよい。レギュラーネットワークを高度に組み合わせ、比較的小さい平均パス長を有するスモールワールドネットワークに変換するために、かわりに疑似ランダム選択処理を地域（neighbourhood）間のクロスリンクの選択に用いてもよい。この点については、システム処理の観点より、内部処理メッセージごとのホップの数の許容値は、２以下となる。
【００３７】
本発明の好適な１実施例においては、平均的な接続数は１．５からおよそ２．０の範囲内に、好ましくは約１．６になるよう、地域（neighbourhood）あたりのノードの数、各地域（neighbourhood）ごとの接続数かつ／またはネットワークにおけるノードの総数に対するクロスリンクの数を適切に選択する。例えば、地域（neighbourhood）間に約５０のクロスリンクを有するリングネットワークにおいて構成され、１０のノードにつき５０の地域（neighbourhood）をもつコンピュータシステムにおいて、各々のノードは地域（neighbourhood）（ｋ＝９）の他の９つのノードと接続され、確率要素ｐ＝５０×２／５００を有する。したがって、
ｋeff＝９×１００／５００＝１．８
コンピュータシステムの各ノードにおいて内部接続されたプロセッサの数は、異なるアプリケーションに対して変えても良い。フォトニクスの開発で、約２５６のノードまで、すなわち、１ノードあたり８つのプロセッサまで含有するそれぞれのコンピュータは、スモールワールドネットワークにおいて単一地域（neighbourhood）を形成する高速スイッチと光ファイバとによって相互に完全に接続してもよい。比較的少数のクロスリンクによって接続されたスモールワールドネットワークにおいて、かかる多数の地域（neighbourhood）を有することで、非常にたくさんの数のプロセッサを備える膨大なコンピュータシステムを実現することが可能となり、かかるシステムは、効果的な方法で相互に通信することができる。
【００３８】
図６は、約百万個のプロセッサを有する大規模コンピュータシステムを実現し、当該システムの各々のプロセッサが、完全接続を必要とすることなく、システム内の他のプロセッサと効果的に通信するために、いかにして“スモールワールド”ネットワークアーキテクチャが使用されるかを例示したもので、同図を参照しながら、説明することとする。
【００３９】
図６はリングレイアウト上に構成された２０のノードを有するスモールワールドの電気通信ネットワークを示したものである。リングネットワークの２０のノードは、各地域（neighbourhood）あたり４つのノード（Ａ1からＡ4、Ｂ1からＢ4、Ｃ1からＣ4、Ｄ1からＤ4）を有するノードＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの５つの地域（neighbourhood）を形成しうる。
【００４０】
各ノード、例えばＡ2は、エッジリンクＥＬによって隣接するノードＡ1、Ａ2と接続され、他のノード、例えばＡ1とＡ3、Ａ2とＡ4、Ａ3とＢ1は小ループリンクＬＬにより互いに接続されている。
【００４１】
かかる方法によってのみ接続されたネットワークは、通常、レギュラーネットワークと呼ばれ、この場合、例えば、Ａ1からのメッセージは、例えばＣ4などのネットワークの反対側に位置するノードに到達するために、比較的たくさんの数のリンクを通過しなければならない。
【００４２】
図６に示すようなスモールワールドネットワークはレギュラーネットワークとは異なり、ノードの地域（neighbourhood）間に、比較的少数のランダムクロスリンクが提供されている。図６の例では、３つのクロスリンクＣＬ1、ＣＬ2、ＣＬ3があり、クロスリンクＣＬ1は、ノードＡ2とＣ1とが互いに直接接続しており、クロスリンクＣＬ2はノードＢ2とＥ3とが互いに直接接続され、クロスリンクＣＬ3は、ノードＤ1とＥ4とが互いに直接接続されている。ノードの地域（neighbourhood）間の比較的少数のクロスリンクのみで、接続性の著しい向上があることは、図６より明らかである。例えば、ノードＡ1からＣ2まで送信されるメッセージは、ノードＡ2まではエッジリンクＥＬに沿って、Ｃ1まではクロスリンクＣＬ1に沿って、さらにＣ2まではエッジリンクに沿って通過することができる。これは、レギュラー接続されたネットワークを越える明らかな改良であり、メッセージは４つのループリンクに沿ってＣ1に到達し、１つのエッジリンクＥＬに沿ってＣ2に到達する。さらに、Ｂ4からＥ2までのメッセージは、５つのループリンクではなく、１つのループリンクに沿ってＢ2に、クロスリンクＣＬ2に沿ってＥ4に、他のループリンクＬＬに沿ってＥ2に到達することができる。
【００４３】
スモールワールドネットワークは、プロセッサ間の接続が有効であれば、比較的多数のコンピュータプロセッサを相互にリンクするために使用できるアーキテクチャであることは、図６より明らかであろう。
【００４４】
本発明の好適な実施例においては、図６の各地域（neighbourhood）は図５に示すノードコンピュータシステムごとの４つのノード／４つの処理に相当する。図５には、高速ブロックスイッチを介して図２に示したタイプの複数のＭＰアーランエンジンとリンクアップすることが可能なシステムが図示されている。図５のコンピュータシステムの各ノードは、ＱＮＸカーネル１５６上で動作する４つのプロセッサ１５２を有するアーランエンジン１５０である。各アーランエンジン１５０は、図２のスプリットノードシステムと同様の方法でリンクするＯＴＰシステム１３４を備え、ローカルインターネット接続１４５も併せて備える。
【００４５】
アーランエンジン１５０は、光インターフェースである光ファイバ１６５と共通のノンブロック高速光スイッチ１７０とにより、相互に接続されている。各光インターフェース１６０は少なくとも１つの光受信機１６１と１つまたは複数の光送信機１６２とを備える。
【００４６】
有効なインターフェースブロック１６０は、３２の別々の波長を扱うことができるのが一般的である。これは、フォトニクスの更なる開発により２５６まで上がると予想される。各ノードは、本質的に波長ごとにアドレスされうるので、これにより、図５に示すようなコンピュータシステムにおいては、２５６ノード（アーランエンジン）まで、許容する。
【００４７】
図５のシステムの主要な属性として、インターフェースブロックは１または複数の波長を送信可能であり、マルチキャストのように同一データを同時に２５６まで送信可能である。しかし、各ノードは、そのアドレスで、１つの波長しか受信できない。
【００４８】
かかるシステムは、分類の問題についてほぼリニアに拡張できるので、２５６ノードのシステムは基本的なシステムに対して２００００倍の高速化が可能となる。
【００４９】
図５のコンピュータシステムは、各アーランエンジン１５０が中央スイッチ１７０に対して専用の光ファイバーリンク１６５を有している全接続システムであることが示されている。
【００５０】
図６のスモールワールドネットワークに対して、図５のシステムを適用することで、各地域（neighbourhood）が、ノードシステムあたり４ノード／４プロセッサを有する場合、３つのクロスリンクのみを有する図６に示す２０ノードのネットワークは、合計８０台のプロセッサを有効に結びつけることが可能となることは明らかである。
【００５１】
しかしながら、図６のスモールワールドネットワークは、むしろ、そのようなネットワークのうち比較的小規模の例にすぎない。アーランエンジンあたり８つのプロセッサを有し、１つのノードに２５６個まで全接続されたアーランエンジンを備える少なくとも５００の地域（neighbourhood）が、スモールワールドネットワーク内において接続された場合でも、地域（neighbourhood）間に、例えば５０個の、比較的少数のクロスリンクを有するだけでノード間を有効に接続しうるスモールワールドネットワークアーキテクチャを用いれば、百万個以上のプロセッサからなるトータルシステムを実現できることが本発明の範囲内において考えられる。例えば、かかるシステム上で動作する独立したアーランプロセッサの総数は、アーランエンジンノードあたり２０００個のアクティブプロセッサを仮定した場合、約２５６，０００，０００個になるであろう。これは約２５６００，０００本の配線が必要であり、大規模ソフトウェアシステムプロジェクトとして考えられていた大きさと同等である。
【００５２】
本発明にかかる大規模に拡張可能なコンピュータシステムは、広範囲のアプリケーションを有することが考えられる。電気通信の分野においては、かかる拡張性により、株式仲買や賭けおよびその他のサービスを提供する移動電話サービスのアプリケーションをカバーすることができた。更に本発明は、徐々に拡大している加入者の数に対応すべくインターネットプロキシサーバへ適用してもよい。
【００５３】
移動体通信分野と関連して、特に、本発明は携帯情報端末（ＰＤＡｓ）のような持ち運びできる通信装置との通信を調整することで、“空間内の個人情報マネージャ（personal information manager in the sky）”として用いてもよい。
【００５４】
他のアプリケーションとしては、マイクロ銀行（microbank）アプリケーションがあり、本発明を金融機関が使用することにより、特にわずかな金額ではあるが非常に大量の取引を経済的に取り扱うことができるようになる。
【００５５】
本発明の範囲および思想から外れることなく、上述のように本発明に対する様々な修正や変更が加えられてもよい。例えば、上述のように、ネットワークの規模、ネットワーク中の地域（neighbourhood）、地域（neighbourhood）あたりのノードの数、地域（neighbourhood）間のクロスリンクの数、およびノードあたりのプロセッサの数は異なるアプリケーションに合わせて変更しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の限られた拡張性を有するシングルノードコンピュータシステムを示す図である。
【図２】 従来のスプリットノードコンピュータシステムを示す図である。
【図３】 “スモールワールド”ネットワークと、レギュラーリングおよびランダムネットワークとの相違を示す図である。
【図４】 組み合わせの多様性とリングネットワークにおけるランダム性の増加に伴う平均的なパス長を示すグラフである。
【図５】 ノードあたり４つのプロセッサを有する４ノードコンピュータシステムを示す図である。
【図６】 本発明にかかるコンピュータシステムに対するスモールワールドアーキテクチャを示す図である。
発明の分野
本発明はコンピュータシステムに関するものであり、他を排除するものではないが、特に、大規模システムアプリケーションにおいて用いる多数のコンピュータ用のプロセッサを備えるコンピュータシステムに関するものである。本発明は拡張可能な電気通信およびインテリジェントネットワークに適用される。
【０００２】
発明の背景
主にフォトニクスの分野を含む電気通信とインテリジェントネットワークにおける近年の発達により、通信に利用可能なバンド幅（bandiwidth）が急速に拡大している。利用可能なバンド幅は、現在、２年ごとにほぼ２倍の速度で拡大しており、今後１０年の間に、少なくとも３０倍の大きさにまで拡大するものと予想される。
【０００３】
電気通信レベルにおけるこのようなバンド幅の急速な拡大に対応するために、相当の演算能力が求められている。そこで、大規模に拡張可能なシステムアーキテクチャに基づいたコンピュータを設計することが望ましい。拡張性は、独自のアプリケーションのサイズや複雑さよりも、むしろモバイル電話装置のような独立ユーザの数によって本質的には変わってくる。
【０００４】
インテリジェントネットワーク（ＩＮ）ドメインのための、大規模に拡張可能なアーキテクチャを設計するという問題については、解決されていない。
【０００５】
インターネットは大規模コンピュータシステムであるが、これは階層的なシステムであり、したがって、大規模な拡張については問題にならない。
【０００６】
他の既知のコンピュータシステムアーキテクチャは、多くの制約のもとで拡張可能であるにすぎず、電気通信とインテリジェントネットワークにおいて、近い将来必要とされている規模よりも小さい。
【０００７】
例えば、図１に示すコンピュータシステムは、シングルノードで動作するＥｒｌａｎｇ／Ｏｐｅｎ Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｌａｔｆｏｒｍ（ＯＴＰ）に基づくものである。コンピュータシステム１０は、ハードウェア１２、オペレーティングシステム１４、ディスプレイ１６、キーボード１８、アプリケーションプログラム２２（例えば、アーランやＣなどのプログラミング言語によるもの）、ソースプログラム２４、ランタイムプログラム２６、ライブラリ２８、データベース３０を備える。本システムは、必要に応じて外部データベース３２に接続可能である。
【０００８】
上記シングルノードにより、アーランのリアルタイム環境又は判定環境を備える適切なシステム開発設備を実現できる。しかしながら、これはインタプリタ／オペレーティングシステム層による潜在的な能力を犠牲にして達成されるものである。
【０００９】
図１に示すシングルノードコンピュータシステムは、十分な能力を有するＡＸＤ−３０１スイッチなどのような非同期伝送ノード（ＡＴＭ）スイッチによって、他の同様のノードにリンク可能である。しかし、かかるスイッチの拡張性は、１：３０であり、超高速通信のバンド幅に要求される大きさよりも小さい。
【００１０】
図２は、スプリット（split）ノードコンピュータシステムを示すもので、ＯＴＰノード３４は、ＣＯＴＳ（ｃｏｍｍｏｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｅｌｆ）システム４０と、マルチプロセッサ（ＭＰ）アーランエンジン５０という密接に結合した２つのノードに分かれている。ＣＯＴＳシステムは本質的には基本システムであり、ＵＮＩＸオペレーティングプラットフォーム４１と、アプリケーションプログラム（例えば、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ、アーラン）４２と、ディスクドライブ４３と、グラフィックス４４と、インターネットモデム４５と、インターネットインターフェース（ＴＣＰ／ＩＰ）４６と、アーランエンジン５０と通信するための入／出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）４７とを備える。
【００１１】
アーランエンジン５０は共有メモリＭＰシステムであり、ＱＮＸのような最適化されたメッセージパッシングカーネル（message passing kernel）（５６）上で動作するアーランにより記述されたソフトウェア５２と５４を実行する。さらに、アーランエンジン５０は、ＣＯＴＳシステム４０と通信するためのＩ／Ｏインターフェース５８を備える。上記ＭＰセットが有する１つのプロセッサを、処理の残りをモニタリングするソフトウェアのために用いることもできる。
【００１２】
図２に示すスプリットノードＯＴＰシステム３４は、複数のリージョナル（regional）プロセッサ（ＲＰ）６１とオペレータのためのサポート（support）プロセッサ（ＳＰ）６２を備え、ネットワークの一部を形成していても良い。リージョナルプロセッサおよびサポートプロセッサ６１、６２はセントラルプロセッサＣＰＡ６３やＣＰＢ６４と接続され、かつ互いに高速ＲＰバス６５によって接続されている。ＭＰアーランエンジン５０は、セントラルプロセッサＣＰＡ６３及びＣＰＢ６４と通信するための高速インターフェース５９を備える。
【００１３】
スプリットノードＯＴＰシステム３４は、ＡＸＥ−１０のようなスイッチ７０によって他のコンピュータシステムと接続することができる。このために、ＡＸＥプログラミングシステム（ＡＰＳ）が提供されてもよい。電気通信アプリケーションにおいて、ＡＸＥ−１０に示すインターフェースは、ＡＸＥ−１０上にあるイーサネットＰＬＥＸ（Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ Ｌａｎｇｕａｇｅ ｆｏｒ Ｅｘｃｈａｎｇｅｓ）ブロックを主に利用することにより高速イーサネットとして用いてもよい。ＰＬＥＸインターフェースとしてのアーランは、２つのモードにおいて実証されており、第１のモードは、リンクを制御するＡＸＥ−１０を用いて、呼び出し転送アプリケーションとして実行するモードである。第２のモードは、ＯＴＰを制御し、ＡＸＥ−１０の料金テーブル（tariff tables）に対して遠隔変換するようなアプリケーションを実行するモードである。
【００１４】
アーランエンジンの拡張の限界は、共有メモリ環境においては最大８つのプロセッサまでである。８つのプロセッサが協働することで、コンパイルコードへの変換において５倍の速度向上が図れ、ＵＮＩＸからＱＮＸへの変換において、２倍の速度向上が図れ、その結果、基本システムから８０倍の規模拡張を可能にする。
【００１５】
このように、これらの既知のシステムはいずれも拡張性に関して制限があり、拡張の余地がないことは明らかである。
【００１６】
そこで、多くのプロセッサを備え、それぞれのプロセッサは、環境によらず、他のプロセッサと有効に通信可能な拡張性のあるコンピュータシステムが望まれている。
【００１７】
発明の概要
１つの局面によれば、本発明は、複数のノードを有する電気通信システムを提供するもので、複数のノードが組合わさって、内部接続された複数の地域（neighbourhood）を形成し、該システムは異なる地域（neighbourhood）のノード間において、比較的わずかな数のクロスリンクが提供されることを特徴とする。
【００１８】
別の局面によれば、本発明は、ノードの多様性を有する大規模コンピュータシステムを提供するもので、各ノードは、内部接続された多くのプロセッサを有し、完全に内部接続されたノードのうちネットワークを構成する地域（neighbourhood）内のノードが、地域（neighbourhood）セットとともにネットワーク内に配されており、ネットワークにおける異なる地域（neighbourhood）のノード間にはランダムリンク（random links）が提供されているため、ネットワークにおいて完全に接続されていない状態でも、ネットワークにおけるかかる環境に関わらず、システムの各プロセッサは他のプロセッサと有効に通信可能である。
【００１９】
本質的には、本発明は電気通信およびインテリジェントネットワークの拡張性および／またはコンピュータアーキテクチャの設計に関する問題を、“スモールワールド（small world）”の原理を適用することによって解決しうることを示したものである。
【００２０】
“スモールワールド（small world）”の概念は、“６段階の分離（six degrees of separation）”の原理から導き出されたものである。６段階の分離とは、ほぼ６の個人的な接触において世界中のいかなる人にも接続できるという理論である。この理論は、俳優のケビン・ベーコンのインターネットサイトを通して閲覧できた。このサイトは、好奇心から作成されたものであったが、６段階の分離の原理を説明するための非常に役にたつ社会学の実験であった。しかしながら、上述の内部接続については、どんな基本的な構造に関してもこのサイトからヒントを得たわけではない。
【００２１】
基本的な構造に関する重要な点は、伝染病の研究から導き出されうる。例えるなら、ペストのような病気が世界の一地域から他の地域へ、すなわち中東からヨーロッパまで急速に広がっていったようなものである。この場合においては、例えば、船で生まれ、他の限られた地域にしか移動しないネズミのように、ある地域において限られたグループが病気を保有し、かつ１つのベクトルがいたことが原因であった。
【００２２】
病気と６段階の分離の原理との関係を理解することによって、６段階の分離の原理の基本的な構造は、少数の相互グループリンクを有する、十分に接続されたグループの集まりであることが明らかになる。それは、“スモールワールド（small world）”ネットワークとよばれ、それらの間に少数のリンクを有し、十分に接続された地域（neighbourhood）を組み合わせたものである。
【００２３】
換言すれば、本発明は“スモールワールド（small world）”ネットワークアーキテクチャを利用するものであり、ネットワーク内の比較的少数のノードすなわち頂点（vetices）がランダムクロスリンクを有することによって、ネットワーク環境に関わらず電気通信／コンピュータネットワークにおけるノードまたは頂点（vertices）間のメッセージを伝達するにあたり、特徴的な短いパスを実現できる。
【００２４】
詳細な説明
“スモールワールド（small world）”の原理を、多くの生物学的かつ社会的なネットワークに適用することが一般に考えられており、それは、これらのシステムが完全にレギュラー（reguler）であるわけでも、完全にランダム（random）であるわけでもなく、その中間に位置する特性を示すものだからである。例えば、伝染病は“スモールワールド（small world）”の特性を示す。この点に関しては、伝染病は、正則格子（reguler lattices）よりもスモールワールドネットワークにおいて、より簡単に広がっていくことは既に述べた通りである。
【００２５】
本発明はスモールワールドの原理を電気通信／コンピュータネットワークに適用したものである。ここではスモールワールドにおける電気通信ネットワークの能力と、レギュラー電気通信およびランダム電気通信の能力との比較をする。図３にレギュラーネットワーク、スモールワールドネットワーク、ランダムネットワークを示す。
【００２６】
ローカル接続のみを有する巨大な電気通信ネットワークにおいて、多くの頂点すなわちノードは多くのリンクによって分けられている。頂点すなわちノード間のローカル接続を有する正則格子ないしリング構造においては、２つの頂点すなわちノード間のパス長（Ｌ）の特徴的な、または平均的な距離は、ネットワークの規模にほぼ比例する。一方、頂点すなわちノード間がランダムな接続のみを有するネットワークにおいては、特徴的なパス長（Ｌ）は、頂点すなわちノードの数に対して対数関数的に増加する。少数のランダムな接続では、他のノードと全く内部接続していない幾つかの頂点すなわちノードができるため、ランダム接続のみを有するネットワークは、不十分に分けられた環境である。
【００２７】
本発明にかかるスモールワールド電気通信ネットワークは、ローカル内の“地域（neighbourhood）”または“組み合わせ（clusters）”における頂点すなわちノードが互いに内部接続され、比較的少数のランダムリンクまたは接続が当該ネットワークの異なる地域（neighbourhood）のノード間に提供されている。
【００２８】
Ｄｕｎｃａｎ Ｊ．ＷａｔｔｓとＳｔｅｖｅｎ Ｈ．ＳｔｒｏｇａｔｚがＮａｔｕｒｅ Ｖｏｌ．３９３、ｐｐ．４４０−４４２の“Ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ “ｓｍａｌｌ−ｗｏｒｌｄ””において、スモールワールドネットワークの構造的な特性を定義することへの数学的なアプローチをし、特徴的なパス長Ｌ（ｐ）とクラスタリング係数Ｃ（ｐ）を提供した。Ｌ（ｐ）は、ネットワークにおける２つの頂点間の典型的な分離度（グローバルな特性）を表し、Ｃ（ｐ）は典型的な地域（neighbourhood）におけるクラスタリング性または接続性（ローカル特性）を表す。
【００２９】
ｎ個のノードと、１ノードあたりｋ個のエッジを有するレギュラーネットワークにおいては、ｐ＝０のとき、Ｌ（０）は、ネットワーク中のノードの数であるｎに比例し、Ｃ（０）はネットワークの特定の幾何学形状または配線によって決まる。
【００３０】
ランダム接続のみを有する完全なランダムネットワークにおいては、ｐ＝１のとき、Ｃランダム−ｋ／ｎ＜＜１では、Ｌランダムはｎに対して対数関数的に変化する。
【００３１】
一方、“スモールワールド（small world）”ネットワークでは、Ｌ（ｐ）がＬランダムと同じくらい小さくなっても、まだ、Ｃ（ｐ）はＣランダムよりはるかに大きく、ｐの間隔が広くなる。図４のグラフにそれを示す。
【００３２】
このようにして、ＷａｔｔｓとＳｔｒｏｇａｔｚは、ノードすなわち頂点間の有効な通信のためのリンクの数であるパス長を抜本的に少なくするためには、少数のランダムグローバル接続によって、レギュラーネットワークをスモールワールドに変えればよいことを数字の上で示した。
【００３３】
“Ｈｏｗ ｔｏ Ｑｕａｎｉｔｉｆｙ Ｓｍａｌｌ−Ｗｏｒｌｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”（Ｆｒａｃｒａｌｓ，Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．４（１９９８）３０１−３０３）というタイトルの論文において、Ｈａｎｓｐｅｔｅｒ Ｈｅｒｚｅｌはスモールワールドリングネットワークにおけるノードの平均接続数ｋeffに対する式を導きだした。１ノードあたりｋ個のリンクのエッジを有するネットワークであって、ｐ個の接続の一部がランダムに再配線されている場合、上述した式は、
Ｋeff＝ｋ・ｐ
ｋeff＞１、特徴的なパス長さＬ（Ｐ）は以下のように表現される。
【００３４】
Ｌ（Ｐ）＝ｌｎ（ｎ）／ｌｎ（ｋeff）＝ｌｎ（ｎ）／（ｌｎ（ｋ）＋ｌｎ（ｐ））
かかる対数の曲線は図４のＬ（ｐ）／Ｌ（０）の曲線に近似する。
【００３５】
本発明において、ネットワーク内のノードの数、地域（neighbourhood）におけるノードの数、地域（neighbourhood）あたりのノードの数およびネットワーク内のクロスリンクの数は、異なるアプリケーションに対して、それぞれ変更してもよく、大規模クラスタリングＣ（ｐ）と小規模平均パス長Ｌ（ｐ）を有するスモールワールドネットワークのようなネットワーク機能を提供することができる。
【００３６】
本発明のスモールワールドネットワークにおけるクロスリンクは、完全にランダムに選択してもよい。レギュラーネットワークを高度に組み合わせ、比較的小さい平均パス長を有するスモールワールドネットワークに変換するために、かわりに疑似ランダム選択処理を地域（neighbourhood）間のクロスリンクの選択に用いてもよい。この点については、システム処理の観点より、内部処理メッセージごとのホップの数の許容値は、２以下となる。
【００３７】
本発明の好適な１実施例においては、平均的な接続数は１．５からおよそ２．０の範囲内に、好ましくは約１．６になるよう、地域（neighbourhood）あたりのノードの数、各地域（neighbourhood）ごとの接続数かつ／またはネットワークにおけるノードの総数に対するクロスリンクの数を適切に選択する。例えば、地域（neighbourhood）間に約５０のクロスリンクを有するリングネットワークにおいて構成され、１０のノードにつき５０の地域（neighbourhood）をもつコンピュータシステムにおいて、各々のノードは地域（neighbourhood）（ｋ＝９）の他の９つのノードと接続され、確率要素ｐ＝５０×２／５００を有する。したがって、
ｋeff＝９×１００／５００＝１．８
コンピュータシステムの各ノードにおいて内部接続されたプロセッサの数は、異なるアプリケーションに対して変えても良い。フォトニクスの開発で、約２５６のノードまで、すなわち、１ノードあたり８つのプロセッサまで含有するそれぞれのコンピュータは、スモールワールドネットワークにおいて単一地域（neighbourhood）を形成する高速スイッチと光ファイバとによって相互に完全に接続してもよい。比較的少数のクロスリンクによって接続されたスモールワールドネットワークにおいて、かかる多数の地域（neighbourhood）を有することで、非常にたくさんの数のプロセッサを備える膨大なコンピュータシステムを実現することが可能となり、かかるシステムは、効果的な方法で相互に通信することができる。
【００３８】
図６は、約百万個のプロセッサを有する大規模コンピュータシステムを実現し、当該システムの各々のプロセッサが、完全接続を必要とすることなく、システム内の他のプロセッサと効果的に通信するために、いかにして“スモールワールド”ネットワークアーキテクチャが使用されるかを例示したもので、同図を参照しながら、説明することとする。
【００３９】
図６はリングレイアウト上に構成された２０のノードを有するスモールワールドの電気通信ネットワークを示したものである。リングネットワークの２０のノードは、各地域（neighbourhood）あたり４つのノード（Ａ1からＡ4、Ｂ1からＢ4、Ｃ1からＣ4、Ｄ1からＤ4）を有するノードＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの５つの地域（neighbourhood）を形成しうる。
【００４０】
各ノード、例えばＡ2は、エッジリンクＥＬによって隣接するノードＡ1、Ａ2と接続され、他のノード、例えばＡ1とＡ3、Ａ2とＡ4、Ａ3とＢ1は小ループリンクＬＬにより互いに接続されている。
【００４１】
かかる方法によってのみ接続されたネットワークは、通常、レギュラーネットワークと呼ばれ、この場合、例えば、Ａ1からのメッセージは、例えばＣ4などのネットワークの反対側に位置するノードに到達するために、比較的たくさんの数のリンクを通過しなければならない。
【００４２】
図６に示すようなスモールワールドネットワークはレギュラーネットワークとは異なり、ノードの地域（neighbourhood）間に、比較的少数のランダムクロスリンクが提供されている。図６の例では、３つのクロスリンクＣＬ1、ＣＬ2、ＣＬ3があり、クロスリンクＣＬ1は、ノードＡ2とＣ1とが互いに直接接続しており、クロスリンクＣＬ2はノードＢ2とＥ3とが互いに直接接続され、クロスリンクＣＬ3は、ノードＤ1とＥ4とが互いに直接接続されている。ノードの地域（neighbourhood）間の比較的少数のクロスリンクのみで、接続性の著しい向上があることは、図６より明らかである。例えば、ノードＡ1からＣ2まで送信されるメッセージは、ノードＡ2まではエッジリンクＥＬに沿って、Ｃ1まではクロスリンクＣＬ1に沿って、さらにＣ2まではエッジリンクに沿って通過することができる。これは、レギュラー接続されたネットワークを越える明らかな改良であり、メッセージは４つのループリンクに沿ってＣ1に到達し、１つのエッジリンクＥＬに沿ってＣ2に到達する。さらに、Ｂ4からＥ2までのメッセージは、５つのループリンクではなく、１つのループリンクに沿ってＢ2に、クロスリンクＣＬ2に沿ってＥ4に、他のループリンクＬＬに沿ってＥ2に到達することができる。
【００４３】
スモールワールドネットワークは、プロセッサ間の接続が有効であれば、比較的多数のコンピュータプロセッサを相互にリンクするために使用できるアーキテクチャであることは、図６より明らかであろう。
【００４４】
本発明の好適な実施例においては、図６の各地域（neighbourhood）は図５に示すノードコンピュータシステムごとの４つのノード／４つの処理に相当する。図５には、高速ブロックスイッチを介して図２に示したタイプの複数のＭＰアーランエンジンとリンクアップすることが可能なシステムが図示されている。図５のコンピュータシステムの各ノードは、ＱＮＸカーネル１５６上で動作する４つのプロセッサ１５２を有するアーランエンジン１５０である。各アーランエンジン１５０は、図２のスプリットノードシステムと同様の方法でリンクするＯＴＰシステム１３４を備え、ローカルインターネット接続１４５も併せて備える。
【００４５】
アーランエンジン１５０は、光インターフェースである光ファイバ１６５と共通のノンブロック高速光スイッチ１７０とにより、相互に接続されている。各光インターフェース１６０は少なくとも１つの光受信機１６１と１つまたは複数の光送信機１６２とを備える。
【００４６】
有効なインターフェースブロック１６０は、３２の別々の波長を扱うことができるのが一般的である。これは、フォトニクスの更なる開発により２５６まで上がると予想される。各ノードは、本質的に波長ごとにアドレスされうるので、これにより、図５に示すようなコンピュータシステムにおいては、２５６ノード（アーランエンジン）まで、許容する。
【００４７】
図５のシステムの主要な属性として、インターフェースブロックは１または複数の波長を送信可能であり、マルチキャストのように同一データを同時に２５６まで送信可能である。しかし、各ノードは、そのアドレスで、１つの波長しか受信できない。
【００４８】
かかるシステムは、分類の問題についてほぼリニアに拡張できるので、２５６ノードのシステムは基本的なシステムに対して２００００倍の高速化が可能となる。
【００４９】
図５のコンピュータシステムは、各アーランエンジン１５０が中央スイッチ１７０に対して専用の光ファイバーリンク１６５を有している全接続システムであることが示されている。
【００５０】
図６のスモールワールドネットワークに対して、図５のシステムを適用することで、各地域（neighbourhood）が、ノードシステムあたり４ノード／４プロセッサを有する場合、３つのクロスリンクのみを有する図６に示す２０ノードのネットワークは、合計８０台のプロセッサを有効に結びつけることが可能となることは明らかである。
【００５１】
しかしながら、図６のスモールワールドネットワークは、むしろ、そのようなネットワークのうち比較的小規模の例にすぎない。アーランエンジンあたり８つのプロセッサを有し、１つのノードに２５６個まで全接続されたアーランエンジンを備える少なくとも５００の地域（neighbourhood）が、スモールワールドネットワーク内において接続された場合でも、地域（neighbourhood）間に、例えば５０個の、比較的少数のクロスリンクを有するだけでノード間を有効に接続しうるスモールワールドネットワークアーキテクチャを用いれば、百万個以上のプロセッサからなるトータルシステムを実現できることが本発明の範囲内において考えられる。例えば、かかるシステム上で動作する独立したアーランプロセッサの総数は、アーランエンジンノードあたり２０００個のアクティブプロセッサを仮定した場合、約２５６，０００，０００個になるであろう。これは約２５６００，０００本の配線が必要であり、大規模ソフトウェアシステムプロジェクトとして考えられていた大きさと同等である。
【００５２】
本発明にかかる大規模に拡張可能なコンピュータシステムは、広範囲のアプリケーションを有することが考えられる。電気通信の分野においては、かかる拡張性により、株式仲買や賭けおよびその他のサービスを提供する移動電話サービスのアプリケーションをカバーすることができた。更に本発明は、徐々に拡大している加入者の数に対応すべくインターネットプロキシサーバへ適用してもよい。
【００５３】
移動体通信分野と関連して、特に、本発明は携帯情報端末（ＰＤＡｓ）のような持ち運びできる通信装置との通信を調整することで、“空間内の個人情報マネージャ（personal information manager in the sky）”として用いてもよい。
【００５４】
他のアプリケーションとしては、マイクロ銀行（microbank）アプリケーションがあり、本発明を金融機関が使用することにより、特にわずかな金額ではあるが非常に大量の取引を経済的に取り扱うことができるようになる。
【００５５】
本発明の範囲および思想から外れることなく、上述のように本発明に対する様々な修正や変更が加えられてもよい。例えば、上述のように、ネットワークの規模、ネットワーク中の地域（neighbourhood）、地域（neighbourhood）あたりのノードの数、地域（neighbourhood）間のクロスリンクの数、およびノードあたりのプロセッサの数は異なるアプリケーションに合わせて変更しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の限られた拡張性を有するシングルノードコンピュータシステムを示す図である。
【図２】 従来のスプリットノードコンピュータシステムを示す図である。
【図３】 “スモールワールド”ネットワークと、レギュラーリングおよびランダムネットワークとの相違を示す図である。
【図４】 組み合わせの多様性とリングネットワークにおけるランダム性の増加に伴う平均的なパス長を示すグラフである。
【図５】 ノードあたり４つのプロセッサを有する４ノードコンピュータシステムを示す図である。
【図６】 本発明にかかるコンピュータシステムに対するスモールワールドアーキテクチャを示す図である。
Claims (12)
- 拡張可能なコンピュータシステムの構築方法であって、
複数（ｎ）の計算ノードを提供する工程と、
前記複数の計算ノードのうち、隣接する計算ノードを相互接続することで、複数のノードクラスタを形成する工程と、
前記ノードクラスタ間において複数のクロスリンクを提供する工程と、
選択処理に基づいて前記複数のノードクラスタから選択された複数のノードクラスタの組それぞれを、前記複数のクロスリンクを用いて、直接接続することで、前記複数の計算ノードからなるスモールワールドネットワークを形成する工程と、を備え、
前記スモールワールドネットワークは、前記複数のノードクラスタそれぞれを形成する計算ノードの数と、各計算ノードにおける平均接続数（ｋ）と、前記スモールワールドネットワークにおける全接続数に対するクロスリンクの割合（ｐ）と、を選択することにより形成され、
前記スモールワールドネットワークは、
ｋ／ｎよりも大きいクラスタリング係数と、
ｌｏｇ（ｎ）に比例し、ｌｏｇ（ｋ）とｌｏｇ（ｐ）との和に反比例する平均頂点間距離と、を有し、
前記クラスタリング係数は、複数のノードクラスタそれぞれにおいて、計算ノード同士が相互接続できる最大の相互接続数に対する、該複数のノードクラスタそれぞれにおける平均の相互接続数として定義され、
前記平均頂点間距離は、前記スモールワールドネットワークにおける計算ノード間の最短のパスにおけるホップ数として定義され、すべての計算ノード間のホップ数の平均値であることを特徴とする構築方法。 - 前記計算ノードを相互接続する工程は、全対、相互接続されるように実行されることを特徴とする請求項１に記載の構築方法。
- 前記ノードクラスタと同じ数の、複数の交換ノードを提供する工程を更に備え、
前記各ノードクラスタにおいて前記計算ノードを相互接続する工程は、前記交換ノードのうちの１つの交換ノードを介して実行されることを特徴とする請求項２に記載の構築方法。 - 前記スモールワールドネットワークにおける前記平均頂点間距離は、１．０と２．０の間であることを特徴とする請求項１に記載の構築方法。
- 前記スモールワールドネットワークにおける前記平均頂点間距離は、１．５と１．７の間であることを特徴とする請求項４に記載の構築方法。
- 拡張可能なコンピュータシステムであって、
複数（ｎ）の計算ノードのうち、隣接する計算ノードを相互接続することにより形成された複数のノードクラスタと、
前記複数の計算ノードのスモールワールドネットワークを形成するように、前記複数のノードクラスタから選択された複数のノードクラスタの組を、直接接続する複数のクロスリンクと、を備え、
前記スモールワールドネットワークは、前記複数のノードクラスタそれぞれを形成する計算ノードの数と、各計算ノードにおける平均接続数（ｋ）と、前記スモールワールドネットワークにおける全接続数に対するクロスリンクの割合（ｐ）と、を選択することにより形成され、
前記スモールワールドネットワークは、
ｋ／ｎよりも大きいクラスタリング係数と、
ｌｏｇ（ｎ）に比例し、ｌｏｇ（ｋ）とｌｏｇ（ｐ）との和に反比例する平均頂点間距離と、を有し、
前記クラスタリング係数は、複数のノードクラスタそれぞれにおいて、計算ノード同士が相互接続できる最大の相互接続数に対する、該複数のノードクラスタそれぞれにおける平均の相互接続数として定義され、
前記平均頂点間距離は、前記スモールワールドネットワークにおける計算ノード間の最短のパスにおけるホップ数として定義され、すべての計算ノード間のホップ数の平均値であることを特徴とするコンピュータシステム。 - 前記各ノードクラスタにおいて、前記計算ノードは汎用の交換ノードを介して相互接続されていることを特徴とする請求項６に記載のコンピュータシステム。
- 前記各ノードクラスタにおいて、前記交換ノードはノンブロックスイッチを備えることを特徴とする請求項７に記載のコンピュータシステム。
- 前記ノンブロックスイッチは、複数波長の光スイッチを含むことを特徴とする請求項８に記載のコンピュータシステム。
- 前記スモールワールドネットワークにおける前記平均頂点間距離は、１．０と２．０の間であることを特徴とする請求項６に記載のコンピュータシステム。
- 前記スモールワールドネットワークにおける前記平均頂点間距離は、１．５と１．７の間であることを特徴とする請求項６に記載のコンピュータシステム。
- 前記複数の計算ノードはそれぞれ、相互接続された複数のプロセッサを備えることを特徴とする請求項６に記載のコンピュータシステム。
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