JP5913912B2 - Dragonflyプロセッサ相互接続ネットワークにおける革新的な適応型ルーティング - Google Patents
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Description
本特許文書の開示の一部には、著作権保護が請求される要素が含まれている。著作権所有者は、本特許文書または本特許開示を任意の人物がファクシミリ複製することについては、これらが米国特許商標庁のファイルあるいは記録に記載されているため異論を唱えないが、その他の権利は全て所有するものである。(Aries)
信を提供することが課題になっている。
ることができる。ここで記述している本発明の様々な実施形態の特徴または制限は、これらが援用されている例示的な実施形態にとって必須であるが、本発明全体を制限することはなく、また、本発明、およびその要素、操作、用途のいかなる参照も本発明全体を限定することはなく、これら例示的な実施形態を定義するためだけに貢献する。したがって、以下の詳細な説明は、添付の請求の範囲によってのみ定義される本発明の範囲を限定するものではない。
この1つのグローバル直径(global diameter)を達成するには、約2√N(ここで、Nはネットワークのサイズである)という非常に高基数のルータを使用する。基数64のルータは既に導入されており、また基数128(radix−128)も実行可能であるが、従来の非常に高基数のルータ技術を使用して各パケットが1グローバルホップのみに限定される場合には、8K〜1Mノードの規模のマシンを作るために、これよりも遥かに高い数百または数千という基数が必要となる。各ノードにつき数百台または数千台のポートを設けずに、ルータによってこの非常に高基数の恩恵を達成するために、Dragonflyネットワークトポロジーは、サブネットワーク内に接続したルータグループを、非常に高基数の仮想ルータとして使用することを提案する。この非常に高い有効基数によって、全ての最小ルータが最大1本のグローバルチャネルをトラバースするネットワークを構築することが可能になる。さらに先進の光信号通信技術の能力を利用することによって、グローバルチャネルの物理長も増す。
N ネットワーク端末の数、
p 各ルータに接続された端末の数、
a 各グループにおけるルータの数、
k ルータの基数、
k_ グループの有効基数(または仮想ルータ)、
h 他のグループに接続するために使用された各ルータ内のチャネルの数、
g システム内に存在するグループの数、
q 出力ポートのキュー深度、
qvc それぞれの出力仮想チャネルのキュー深度、
H ホップカウント、
Outi ルータ出力ポートi。
間の最小パス上に、最大数の高価なグローバルチャネルを設けている)。最大でg=ah+1までの数のグループ(N=ap(ah+1)個の端末)を1のグローバル直径に接続することができる。これに対し、基数k個のルータで直接構築したシステムレベルネットワークでは、より大きなグローバル直径が必要となる。
均等な帯域幅を仮定した。しかし、このような均等な帯域幅が不要な場合には、いくつかのグループからグループ間チャネルを除去することによって、帯域幅のテーパリングを実現することが可能である。
様々な最小および非最小ルーティングアルゴリズムは、Dragonflyトポロジーを使用して実現できる。ローカル情報を使用するグローバル適応型ルーティングの或る実施形態は、中間負荷にて、スループットの制限と非常に高いレイテンシを招く。これらの問題を克服するために、我々はグローバル適応型ルーティングに、理想的なグローバル適応型ルーティングの実現にアプローチするパフォーマンスを提供できる新たなメカニズムを導入する。
ステップ1:Gs_=Gdであり且つRsがGdと接続していない場合、Gs内でRsからRa(Gdへのグローバルチャネルを有するルータ)までをルーティングする。
ステップ3:Rb_=Rdである場合、Gd内でRbからRdまでルーティングする。
ステップ1:Gs_=Giであり且つRsがGiと接続していない場合、Gs内でRsからRa(Giへのグローバルチャネルを有するルータ)までをルーティングする。
ステップ3:Gi_=Gdであり且つRxがGdと接続していない場合、Gi内でRxからRy(Gdへのグローバルチャネルを有するルータ)までをルーティングする。
ステップ5:Rb_=Rdである場合、Gd内でRbからRdまでをルーティングする。
最小(MIN):先述したように最小パスを経る。
ユニバーサルグローバル適応型負荷分散[29]:ネットワークを負荷分散するために、(UGAL−G,UGAL−L)UGALが、MINとVALの中からパケットバイパケットに基づき選択する。この選択は、ネットワーク遅延を推定するためにキュー長とホップカウントを使用し、遅延が最も小さいパスを選択することによって行われる。我々は、次の2つのバージョンのUGALを実現する。
UGAL−G:Gs内の全てのグローバルチャネルのためのキュー情報を使用する(他のルータ上のキュー長がわかっていると仮定する)。ローカルチャネルではなくグローバルチャネルの負荷分散が必要なので、これは実現が困難である一方で、UGALの理想的な実現を表すものである。
同じR1からR2までのローカルチャネルを共用する。両パスが同じローカルキューを共用し(したがって、同じキュー占有率を有する)、最小パスの方が非最小パスよりも短いため(グローバルホップ:1対2)、常に最小チャネルが選択される。これは、たとえパスが飽和状態にある時でも同じである。これによって、最小グローバルチャネルが過負荷状態となるため、この最小チャネルと同じルータを共用している非最小グローバルチャネルは、利用されなくなってしまう。UGAL−Gを使用することで、最小チャネルが優先され、負荷は全ての他のグローバルチャネルにかけて均等に分散される。これに対し、UGAL−Lを使用することで、最小グローバルチャネルを含んでいるルータの非最小チャネルが利用されなくなり、その結果、ネットワークスループットは、低下する。
if (qm vcHm ≦ qnm vcHnm )
route minimally;
else
route nonminimally;
ここで、添字mは最小パスを、nmは非最小パスを示す。図5の仮想チャネル割当を使用すれば、qm vc=q(V C1)およびqnm vc=q(V C0)となる。
if (qmHm≦qnmHnm && Outm_=Outnm )||(qm
vcHm≦qnm vcHnm && Outm=Outnm)
route minimally;
else
route nonminimally;
UGAL−LVCと比較すると、UGAL−LVC Hが提供するスループットは、WCトラフィックパターン上のものと同じであるが、URトラフィック上のUGAL−Gのスループットに一致し、それ故に、飽和状態に近い0.8の供給負荷での高い方のレイテンシのほぼ2倍となる。WCトラフィックでは、UGAL−LVCHは中間レイテンシもUGAL−Gのものと比べて高くなる。
イテンシが低い大きな分布であり、他の1つは、パケット数が制限されているが、最小パケットについてのレイテンシが遥かに高い分布である。
・tcrtを測定するために個々のクレジットの追跡、
・td値を記憶するためのレジスタ、
・クレジットを戻す際の遅延メカニズム。
ップクレジットレイテンシの測定には単純なキューで十分である。キューの深さはデータバッファの深さに比例していなければならないが、キューサイズは、輻輳の測定に不正確な情報を利用するために縮小されうる(例えば、データバッファサイズの1/4のサイズのキューを設ければ、輻輳の測定を行うために、4個のクレジットのうちの1個のみを追跡すればよくなる)。
ここでは、輻輳リンクまたはダウンしたリンクに基づき複数の正当な経路の中から選択を行うよう動作可能な、デッドロックを回避する適応型ルーティングを提供することによって、Dragonflyプロセッサ相互接続ネットワークのための向上したルーティング方法を提案する。この適応型ルーティング方法は、向上したルーティングパフォーマンスを提供することと、ダウンしたリンクまたはトラフィックの多いリンクを許容することを従来の方法よりも上手く行い、さらに帯域幅に悪影響を与えるクレジットを保留するのではなく、チャネル上の輻輳を明快に通信させる。
非最小経路からさらに選択される。
してさらに相互結合する。これらのグループ間の「青色」リンクは、各グループを他の各グループと接続するものであり、接続可能な数は、この例では各グループにつき最大で240の青色リンク、または各システムにつき241グループである。各リンクは、例えば1つのリンクまたは1本の光ケーブルにつき4ポートというように、複数のポートを備えることができる。したがって、4つのポートは、1本のケーブルでグループの各対に接続することになる。グループ数がより少ないシステムでは、各グループにつき240個の青色ポートのうちの未使用ポートを使用することによって、構成グループ間に追加の帯域幅を提供できる。これによって、例えば、120個のグループで構成され、且つグループの各対を接続する8個のポートを提供しているネットワーク内部の各グループの対につき2つのリンクを設けることができる。
ができる。ルータまでの最小パスまたは利用可能なパスに輻輳が発生している状況では、さらにホップを追加することによって、ターゲットへのメッセージ伝送速度を向上させる一方で、既に輻輳状態にあるネットワークリンクをさらに輻輳させないようにすることが望ましい。さらなる実施形態では、既に輻輳しているリンク周辺で同じパスを繰り返しルーティングした結果、輻輳したネットワーク領域をさらに作ってしまうことを回避するために、例えばパス選択をランダム化またはハッシュすることによって、トラフィックを利用可能なリンクにかけて拡散するべく試みる。
のタイルに分布される。この例では、適応型ルーティングアルゴリズムは、利用可能な2つの最小パスと2つの非最小パスを考慮し、この中から、輻輳値に基づき、また任意で様々に構成したバイアスに基づき選択を行う。
イブ信号は、該当するタイルと接続しているルータとの間にシリアルリンクが確立しているか否か示す。リンクがアライブ状態でないポートは、ポート選択の観点から無効であると考慮される。これによって、ルータは、最近失敗し且つまだソフトウェアによってルーティングテーブルから除去されていないリンクを適応的に回避できるようになる。
ここで挙げるルーティング例では、パケットまたはメッセージをルーティングするために利用できるパスを決定するため、Dragonflyネットワーク構成にルーティングフレキシビリティを提供するために、様々なテーブルを使用する。グループ内またはグループ間にルーティングを提供するために、また、最小および非最小ルーティングパスのために、各種テーブルが存在する。
たはグローバル経路を指定する。これらの最小テーブルは、「ダウン」ルーティングする時、または、適応型ルーティングのケースでは、「アップ」過程で最小パスの使用を試みる時に使用される。非最小テーブルは、非最小パスを指定し、「アップ」ルーティングする時のみ使用される。非最小テーブルはまた、「アップ」ルーティングの停止時を決定するための「ルート(root)検出」メカニズムを提供する。
できないポイントに到着することはあり得ないからである。これが発生した場合には、ルータがエラーフラグを立て、そのパケットを破棄する。)
タイル内でルーティングされた正当な規制されたポートがない場合には、mod値は、任意の値に設定されうる。経路テーブルは、グループ番号に関連した全てのエントリに特別値6’b11xxxxを含んでいなければならない。正当な経路が1つしかない場合には、ポートリストは、少なくとも2回リストされている正当な経路と、これに合わせて2またはそれ以上に設定したmod値とを含んでいなければならない。
ティング」)に使用され、さらに、ターゲットグループ内で適応的に「アップルーティング」を行う際にも使用される。このテーブルは128エントリを有する。各エントリは52ビット幅であり、8個の6ビットポート番号と、「分岐」ビットと、テーブルのこのラインで有効なエントリの数を示すmod値とで構成されている。ターゲットグループ内のパスが最小パスから分岐しているため、そのパスは適応型アップルーティングを行う時には最小パスとして使用できず、したがってダウンルーティングにしか使用できないことを、分岐したビットは示す。これは、規制されたセットにおける全てのポートが無効であるグローバル最小テーブルのケースと類似している。
上述した例は、Dragonflyネットワークにおけるルーティングが、ネットワーク輻輳やトラフィックタイプのような要素に基づきネットワークパスを選択することが可能な適応型ルーティングと、最小および非最小ルーティングや、ローカルルーティングおよびグローバルルーティングを含む様々なルーティング用のルーティングテーブルとを使用して、どのように向上させられるか説明する。
Claims (8)
- Dragonflyプロセッサ相互接続ネットワークを有するマルチプロセッサコンピュータシステムであって、前記マルチプロセッサコンピュータシステムは、
複数のプロセッサと、
前記複数のプロセッサの少なくとも1つに結合されている少なくとも1つのルータであって、Dragonflyネットワーク内のターゲットノードから宛先ノードまでの複数のネットワークパスの中から、近隣ルータからのネットワーク輻輳情報と、近隣ルータからのネットワークリンク失敗情報とのうちの1または複数に基づき、ネットワークパスを選択することによって、データを適応的にルーティングするように動作する、少なくとも1つのルータとを備え、
前記複数のネットワークパスは、前記ターゲットノードから前記宛先ノードまでの、1つの最小ネットワークパスと1つの非最小ネットワークパスを少なくとも含み、前記非最小ネットワークパスの少なくとも1つは、少なくとも1つの前記ルータに記憶されたルーティングテーブルによってデッドロックを回避するために制約され、前記ルーティングテーブルは、グローバル非最小テーブルセットと、グローバル最小テーブルセットと、ローカル非最小テーブルセットと、ローカル最小テーブルセットとを含み、グローバルテーブルは、どのように遠隔グループにルーティングするかを決定する、マルチプロセッサコンピュータシステム。 - 少なくとも1つの前記ルータはさらに、前記ターゲットノードから前記宛先ノードまでの、前記最小ネットワークパスと前記非最小ネットワークパスとのうちの少なくとも1つから選択するように動作する、
請求項1記載のマルチプロセッサコンピュータシステム。 - 少なくとも1つの前記ルータはさらに、ローカルグループ、遠隔グループ、およびターゲットグループと宛先グループとの間のパスのうちの少なくとも2つにおける複数のパスの中から選択するように動作する、
請求項1記載のマルチプロセッサコンピュータシステム。 - 前記ターゲットグループと前記宛先グループとの間のパスは、非最小であり、且つ少な
くとも1つの中間グループを備える、
請求項3記載のマルチプロセッサコンピュータシステム。 - マルチプロセッサコンピュータシステムの動作方法であって、前記動作方法は、
近隣ルータからのネットワーク輻輳情報と、近隣ルータからのネットワークリンク失敗情報とのうちの1または複数に基づき、ターゲットノードから宛先ノードまでの複数のネットワークパスの中からネットワークパスを選択することによって、Dragonflyプロセッサ相互接続ネットワークにおいてデータを適応的にルーティングするステップを備え、
前記複数のネットワークパスは、前記ターゲットノードから前記宛先ノードまでの、1つの最小ネットワークパスと1つの非最小ネットワークパスを少なくとも含み、前記非最小ネットワークパスの少なくとも1つは、ルーティングテーブルによってデッドロックを回避するために制約され、前記ルーティングテーブルは、グローバル非最小テーブルセットと、グローバル最小テーブルセットと、ローカル非最小テーブルセットと、ローカル最小テーブルセットとを含み、グローバルテーブルは、どのように遠隔グループにルーティングするかを決定する、マルチプロセッサコンピュータシステムの動作方法。 - 複数のネットワークパスから選択することはさらに、前記ターゲットノードから前記宛先ノードまでの複数の非最小パスから選択することを有する、
請求項5記載のマルチプロセッサコンピュータシステムの動作方法。 - 複数のネットワークパスの中から選択することはさらに、ローカルグループ、遠隔グループ、ターゲットグループと宛先グループとの間のパスのうちの少なくとも2つにおける複数のパスの中から選択することを有する、
請求項5記載のマルチプロセッサコンピュータシステムの動作方法。 - 前記ターゲットグループと前記宛先グループとの間のパスは、非最小であり、且つ少なくとも1つの中間グループを備える、
請求項7記載のマルチプロセッサコンピュータシステムの動作方法。
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