JPH04287265A - 並列計算機の通信方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，並列計算機の通信方式
に関する。多数のプロセッシングエレメント（セル）か
ら構成される並列計算機の開発が盛んに行われている。 並列計算機では，セルがネットワーク状に接続される。 並列計算機の性能をフルに発揮させるためには，処理を
多数のセルに分散させて並列化を行う必要がある。並列
処理では，あるセルが計算した結果を別のセルが利用し
て計算を進める。このため，セル間のデータ通信をどの
ように行うかということが重要になる。

【０００２】本発明は，セル間のデータ通信における新
たな方式を提供するものである。

【０００３】

【従来の技術】図７は，従来例を示す図であり，セル（
プロセッシングエレメント）を６行×６列の２次元トー
ラス構成のネットワークとした並列計算機を示している
。Ｃ１１〜Ｃ６６で示した各セルは，４個のリンク（チ
ャネル）を持っている。このリンクを介することにより
，任意のセル間の通信を行うことができる。例えば，Ｃ
１１が計算した結果をＣ３４へ送信する場合，Ｃ１１→
Ｃ１２→Ｃ１３→Ｃ１４→Ｃ２４→Ｃ３４のように各セ
ルのリンクを介して行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図７に示した２次元ト
ーラス型ネットワーク構成の並列計算機では，図中破線
で示したように，セルＣ２４とセルＣ３４との間のリン
クが故障した場合，任意のセル間の通信を行うことがで
きなくなるので，システム全体の故障，すなわちシステ
ムダウンに至る，という問題があった。

【０００５】本発明は，この問題点を解決して，多数の
セル（プロセッシングエレメント）から成るネットワー
クの一部のリンク（チャネル）が故障してもシステムダ
ウンを起こさないようにすると共に，ネットワークの一
部使用，分割使用を可能にする，並列計算機の通信方式
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに，本発明は，プロセッシングエレメントとしてのセ
ルを多数個接続してネットワークを構成した並列計算機
におけるセル間のデータ通信方式であって，各セルに，
メッセージバッファ，宛先更新部，宛先判定部，および
制御レジスタを備えたルーティング制御部を設け，メッ
セージバッファは，隣接するセルから受信した，自セル
を“０”とする相対番号から成る宛先が付されたメッセ
ージを一時格納し，宛先更新部は，制御レジスタの指示
が宛先更新の場合には，宛先をデクリメントした後，宛
先判定部へ送付し，制御レジスタの指示が宛先不更新の
場合には，受信時の宛先のままメッセージバッファに格
納されているメッセージを次のセルへ送信し，宛先判定
部は，宛先が“０”であるか否かを判定し，宛先が“０
”である場合には，メッセージバッファに格納されてい
るメッセージを自セルに取り込み，宛先が“０”でない
場合には，メッセージバッファに格納されているメッセ
ージにデクリメントされた宛先を付して次セルへ送信す
るように構成する。

【０００７】図１は，本発明の原理を示す図である。同
図において，１はセル＃１２，２とルーティング制御部
，３はメッセージバッファ，４は宛先更新部，５は制御
レジスタ，６は宛先判定部，７はメッセージ制御部，８
はルーティング制御部，９はセル＃１１，１０はセル＃
１３，１１はセル＃２１，１２はセル＃２３である。

【０００８】図１は，セル＃１１（９），セル＃１２（
１），およびセル＃１３（１０）が１次元トーラス型の
ネットワークを構成している。各セルには，ルーティン
グ制御部２，８およびメッセージ制御部７が備えられて
いる。各セル間の通信は，ルーティング制御部２，８を
介して行われる。

【０００９】ルーティング制御部２は，メッセージバッ
ファ３，宛先更新部４，制御レジスタ５，および宛先判
定部６から構成されている。メッセージバッファ３は，
隣接するセル〔セル＃１１（９）〕から受信した，宛先
が付されたメッセージを一時格納する。

【００１０】制御レジスタ５は，宛先更新部４へ宛先の
更新または不更新を指示する。宛先更新部４は，制御レ
ジスタ５の指示に従って，宛先の更新または不更新を行
う。宛先判定部６は，宛先が“０”であるか否かを判定
し，その結果により，メッセージバッファ３に格納され
ているメッセージを自セルに取り込んだり，メッセージ
バッファ３に格納されているメッセージを次セルへ送信
したりする。

【００１１】

【作用】図１を用いて，本発明の原理を説明する。本発
明では，メッセージに付する宛先に，自セルを“０”と
する相対番号を使用する。例えば，セル＃１１（９）か
らセル＃１３（１０）へメッセージを送信する場合，“
２”という宛先をメッセージに付する。

【００１２】いま，セル＃１２（１）が，セル＃１１（
９）から“Ｘ”という宛先が付されたメッセージ（ＭＳ
Ｇ）を受信した場合を考える。メッセージ（ＭＳＧ）は
，宛先“Ｘ”と共にメッセージバッファ３に一時格納さ
れる。宛先“Ｘ”は，宛先更新部４へ送られる。

【００１３】一方，制御レジスタ５は，■宛先を更新す
る，■宛先を更新しない，という情報を保持している。 宛先更新部４，制御レジスタ５の指示に従って，宛先の
更新または不更新を行う。すなわち，制御レジスタ５の
指示が■宛先を更新する，である場合，宛先“Ｘ”をデ
クリメントして“Ｘ−１”とした後，宛先判定部６へ送
付する。制御レジスタ５の指示が■宛先を更新しない，
である場合，受信時の宛先“Ｘ”のままメッセージバッ
ファ３に格納されているメッセージを次のセル＃１３（
１０）へ送信する〔図中■〕。後者，すなわち■の場合
，メッセージは宛先を更新されることなく，セル＃１３
（１０）へ送信されるので，セル＃１２（１）はあたか
も存在しないように見えるので，スルー（　ｔｈｒｏｕ
ｇｈ　）状態にあると呼ぶ。

【００１４】宛先更新部４からデクリメントされた宛先
“Ｘ−１”を受け取った宛先判定部６は，デクリメント
された宛先“Ｘ−１”が“０”であるか否かを判定する
。デクリメントされた宛先“Ｘ−１”が“０”であれば
，受信したメッセージは自セル〔セル＃１２（１）〕宛
のメッセージであるから，メッセージをメッセージバッ
ファ３からメッセージ制御部７へ移送し，所定の処理を
行う。デクリメントされた宛先“Ｘ−１”が“０”でな
ければ，受信したメッセージは自セル〔セル＃１２（１
）〕宛のメッセージではないから，メッセージバッファ
３に格納されているメッセージにデクリメントされた宛
先“Ｘ−１”を付して，次のセル＃１３（１０）へ送信
する〔図中■’〕。

【００１５】上述したように，本発明ではセルをスルー
状態にすることができるので，セル＃１１（９）とセル
＃１２（１）との間のリンク，またはセル＃１２（１）
とセル＃１３（１０）との間のリンクが故障した場合，
セル＃１２（１）をスルー状態〔ルーティング制御部８
を宛先不更新の状態〕にして，稼働可能なセル＃２１（
１１）→セル＃１２（１）→セル＃２３（１２）→セル
＃２１（１１）というネットワークを，あたかもセル＃
２１（１１）→セル＃２３（１２）→セル＃２１（１１
）というネットワークのように機能させることにより，
システム全体のダウンを免れることができる。

【００１６】

【実施例】図２は，本発明の一実施例を示す図であり，
図７に示す２次元トーラス型のネットワークとして構成
した並列計算機の各セル（プロセッシングエレメント）
のネットワーク制御部を示している。

【００１７】図２において，２１はネットワーク制御部
，２２はＸ方向ルーティング制御部，２３は受信部，２
４は宛先更新部，２５は宛先判定部，２６は送信部，２
７は受信部，２８は宛先更新部，２９は宛先判定部，３
０は送信部，３１は制御レジスタ，３２はＹ方向ルーテ
ィング制御部，３３は受信部，３４は宛先更新部，３５
は宛先判定部，３６は送信部，３７は受信部，３８は宛
先更新部，３９は宛先判定部，４０は送信部，４１は制
御レジスタである。

【００１８】ネットワーク制御部２１は，２個のルーテ
ィング制御部，すなわちＸ方向ルーティング制御部２２
およびＹ方向ルーティング制御部３２を備えている。Ｘ
方向ルーティング制御部３２は，Ｘ＋　方向〔右方向〕
のルーティングを行う部分およびＸ−　方向〔左方向〕
のルーティングを行う部分を持っている。Ｘ＋　方向の
ルーティングは，受信部２３，宛先更新部２４，宛先判
定部２５，および送信部２６によって行う。Ｘ−　方向
のルーティングは，受信部２７，宛先更新部２８，宛先
判定部２９，および送信部３０によって行う。

【００１９】Ｙ方向ルーティング制御部２２は，Ｙ＋　
方向〔右方向〕のルーティングを行う部分およびＹ−　
方向〔左方向〕のルーティングを行う部分を持っている
。Ｙ＋　方向のルーティングは，受信部３３，宛先更新
部３４，宛先判定部３５，および送信部３６によって行
う。 Ｙ−　方向のルーティングは，受信部３７，宛先更新部
３８，宛先判定部３９，および送信部４０によって行う
。

【００２０】本実施例の並列計算機において，宛先は，
自セルを（０，０）とする相対番号（±Ｘ，±Ｙ）〔Ｘ
，Ｙは，０または正の整数〕で表す。例えば，図７に示
すトーラス構成のネットワークにおいて，Ｃ３３を自セ
ルとすると，宛先（＋３，＋２）で指定されるセルはＣ
５６である。

【００２１】本実施例の並列計算機では，４方向のルー
ティング，すなわちＸ＋　方向〔右方向〕，Ｘ−　方向
〔左方向〕，Ｙ＋　方向〔右方向〕，およびＹ−　方向
〔左方向〕のルーティングを行っている。図２に示す実
施例のＸ方向ルーティング制御部２２の動作を説明する
。まず，Ｘ＋　方向のルーティングの手順を図３に示す
処理フローを参照しながら説明する。

【００２２】■　　受信部２３がＸ−　方向〔左方向〕
に隣接するセルから，（Ｘ，Ｙ）という宛先を持ったメ
ッセージを受信し，宛先更新部２４へ転送する。■　　
宛先更新部２４は，制御レジスタ３１の指示により，宛
先を更新するか否かを判断する。制御レジスタ３１の指
示が「宛先更新」であるならば，ステップ■へ進む。制
御レジスタ３１の指示が「宛先不更新」であるならば，
ステップ■へ進む。

【００２３】■　　宛先更新部２４は，宛先をデクリメ
ント，すなわち宛先を（Ｘ−１，Ｙ）とした後，宛先判
定部２５へ転送する。■　　宛先判定部２５は，デクリ
メントされた宛先（Ｘ−１，Ｙ）が（０，Ｙ）であるか
否かを判定する。すなわち，Ｘ−１＝０であるか否かを
判定する。Ｘ−１＝０であれば，ステップ■へ進む。Ｘ
−１＝０でなければ，ステップ■へ進む。

【００２４】■　　メッセージを，送信部２６からＸ＋
　方向に隣接するセルへ送信する。■　　Ｘ＋　方向の
ルーティングを終了する。以上，Ｘ＋　方向のルーティ
ングの手順を説明したが，Ｘ−　方向のルーティングも
Ｘ＋　方向のルーティングと同時に同じ手順によって行
う。Ｘ＋　方向のルーティングまたはＸ−　方向のルー
ティングによってデクリメントされた宛先が（０，Ｙ）
であるメッセージが検出された場合，宛先の制御は，Ｙ
方向ルーティング制御部３２へ移る。

【００２５】Ｙ方向ルーティング制御部３２は，Ｙ＋　
方向のルーティングおよびＹ−　方向のルーティングを
，上述したＸ＋　方向のルーティングおよびＸ−　方向
のルーティングと同様の手順によって行うと共に，Ｘ方
向ルーティング制御部２２から送付された宛先の処理も
行う。後者の手順を図３に示す処理フローを参照しなが
ら説明する。

【００２６】■　　Ｘ方向ルーティング制御部２２から
，（０，Ｙ）という宛先を持ったメッセージを受信し，
宛先更新部３４へ転送する。■　　宛先更新部３４は，
制御レジスタ４１の指示により，宛先を更新するか否か
を判断する。制御レジスタ４１の指示が「宛先更新」で
あるならば，ステップ■へ進む。制御レジスタ４１の指
示が「宛先不更新」であるならば，ステップ■へ進む。

【００２７】■　　宛先更新部３４は，宛先をデクリメ
ント，すなわち宛先を（０，Ｙ−１）とした後，宛先判
定部３５へ転送する。■　　宛先判定部３５は，デクリ
メントされた宛先（０，Ｙ−１）が（０，０）であるか
否かを判定する。すなわち，Ｙ−１＝０であるか否かを
判定する。Ｙ−１＝０であれば，ステップ■へ進む。Ｙ
−１＝０でなければ，ステップ■へ進む。

【００２８】■　　メッセージを，送信部３６からＹ＋
　方向に隣接するセルへ送信する。■　　宛先（０，０
）は自セルを指定しているから，メッセージを自セルに
取り込む。上述したことからわかるように，Ｘ方向ルー
ティング制御部２２が持っている制御レジスタ３１を「
宛先不更新」に設定することにより，セルをＸ方向の通
信に対してスルー状態にすることができる。同様に，Ｙ
方向ルーティング制御部３２が持っている制御レジスタ
４１を「宛先不更新」に設定することにより，セルをＹ
方向の通信に対してスルー状態にすることができる。こ
の機能を利用することによって，並列計算機の性能を格
段に高めることが可能になる。以下に実例を示す。

【００２９】（１）リンク故障への対応図４は，セルを
６行×６列の２次元トーラス構成のネットワークとした
並列計算機を示している。図中，破線で示すように，第
４列のリンクが故障した場合を考える。 この場合，本発明では，故障したリンクに接続されてい
る６個のセル，すなわちＣ１４，Ｃ２４，Ｃ３４，Ｃ４
４，Ｃ５４，およびＣ６４をＸ方向に対してスルー状態
にする。すなわち，Ｃ１４，Ｃ２４，Ｃ３４，Ｃ４４，
Ｃ５４，およびＣ６４の各セルが持っているＸ方向ルー
ティング制御部内の制御レジスタを「宛先不更新」に設
定する。これにより，６行×５列の２次元トーラス構成
のネットワークが得られ，１列分だけ小さくなるが，完
全なネットワークとして機能する。

【００３０】（２）ネットワークの部分使用図５は，セ
ルを６行×６列の２次元トーラス構成のネットワークと
した並列計算機を示している。いま，４行×４列の大き
さの２次元トーラス構成のネットワークを必要とする場
合を考える。この場合，Ｃ１１，Ｃ１４，Ｃ４４，およ
びＣ４１を四隅とする４行×４列の１６個のセルから成
るネットワークを使用し，残り２０個のセルをＸ方向お
よびＹ方向に対してスルー状態にする。これにより，４
行×４列の２次元トーラス構成のネットワークが得られ
る。

【００３１】この４行×４列の２次元トーラス構成のネ
ットワークでは，宛先の指定を簡明に行うことができる
。例えば，セルＣ１４からセルＣ１１へ通信する場合，
従来の方式では介在するセルＣ１５，Ｃ１６を考慮して
宛先を（＋３，１）としなければならないが，本発明の
場合，宛先（＋１，０）とするだけでよい。つまり，全
体が４行×４列の２次元トーラス構成のネットワークと
同一の宛先指定でよいことになる。その結果，４行×４
列の２次元トーラス構成のネットワーク用に作成したプ
ログラムを何ら変更することなく，走らせることができ
る。

【００３２】（３）ネットワークの分割使用図６は，セ
ルを６行×６列の２次元トーラス構成のネットワークと
した並列計算機を示している。いま，互いに独立した，
３行×３列の２次元トーラス構成のネットワークと，３
行×２列の２次元トーラス構成のネットワークとを必要
とする場合を考える。この場合，Ｃ１１，Ｃ１３，Ｃ３
３，およびＣ３１を四隅とする３行×３列の９個のセル
から成るネットワークと，Ｃ４５，Ｃ４６，Ｃ５６，お
よびＣ６５を四隅とする３行×２列の６個のセルから成
るネットワークとを使用し，残り２１個のセルをＸ方向
およびＹ方向に対してスルー状態にする。これにより，
互いに独立した，３行×３列の２次元トーラス構成のネ
ットワークと，３行×２列の２次元トーラス構成のネッ
トワークが得られる。

【００３３】この３行×３列の２次元トーラス構成のネ
ットワーク，および３行×２列の２次元トーラス構成の
ネットワークにおいては，宛先の指定を簡明に行うこと
ができる。例えば，３行×３列の２次元トーラス構成の
ネットワークにおいて，セルＣ１３からセルＣ１１へ通
信する場合，従来の方式では介在するセルＣ１４，Ｃ１
５，Ｃ１６を考慮して宛先を（＋４，１）としなければ
ならないが，本発明の場合，宛先（＋１，０）とするだ
けでよい。つまり，全体が３行×３列の２次元トーラス
構成のネットワークと同一の宛先指定でよいことになる
。その結果，３行×３列の２次元トーラス構成のネット
ワーク用に作成したプログラムを何ら変更することなく
，走らせることができる。

【００３４】このことは，３行×２列の２次元トーラス
構成のネットワークにおいても，同様に成り立つ。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば，プロセッシングエレメ
ント（セル）を多数個接続してネットワークを構成した
並列計算機において，ネットワークの一部のリンク（チ
ャネル）が故障してもシステムダウンを起こさず，かつ
，ネットワークの一部使用，分割使用が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を示す図である。

【図２】本発明の一実施例を示す図である。

【図３】ルーティング制御部の処理フローを示す図であ
る。

【図４】リンク故障への対応例を示す図である。

【図５】部分使用の例を示す図である。

【図６】分割使用の例を示す図である。

【図７】従来例を示す図である。

【符号の説明】

１　　セル＃１２ ２　　ルーティング制御部 ３　　メッセージバッファ ４　　宛先更新部 ５　　制御レジスタ ６　　宛先判定部 ７　　メッセージ制御部 ８　　ルーティング制御部 ９　　セル＃１１ １０　　セル＃１３ １１　　セル＃２１ １２　　セル＃２３

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　プロセッシングエレメントとしてのセ
   ルを多数個接続してネットワークを構成した並列計算機
   におけるセル間のデータ通信方式であって，各セルに，
   メッセージバッファ，宛先更新部，宛先判定部，および
   制御レジスタを備えたルーティング制御部を設け，メッ
   セージバッファは，隣接するセルから受信した，自セル
   を“０”とする相対番号から成る宛先が付されたメッセ
   ージを一時格納し，宛先更新部は，制御レジスタの指示
   が宛先更新の場合には，宛先をデクリメントした後，宛
   先判定部へ送付し，制御レジスタの指示が宛先不更新の
   場合には，受信時の宛先のままメッセージバッファに格
   納されているメッセージを次のセルへ送信し，宛先判定
   部は，宛先が“０”であるか否かを判定し，宛先が“０
   ”である場合には，メッセージバッファに格納されてい
   るメッセージを自セルに取り込み，宛先が“０”でない
   場合には，メッセージバッファに格納されているメッセ
   ージにデクリメントされた宛先を付して次セルへ送信す
   ることを特徴とする並列計算機の通信方式。
2. 【請求項２】　　プロセッシングエレメントとしてのセ
   ルを多数個接続して多次元ネットワークを構成した並列
   計算機におけるセル間のデータ通信方式であって，各セ
   ルに，メッセージバッファ，宛先更新部，宛先判定部，
   および制御レジスタを備えたルーティング制御部を次元
   数の２倍分の個数設け，メッセージバッファは，隣接す
   るセルから受信した，自セルを“０，０，・・・，０”
   とする相対番号から成る宛先が付されたメッセージを一
   時格納し，宛先更新部は，制御レジスタの指示が宛先更
   新の場合には，当該ルーティング制御部を指示する宛先
   の相対番号をデクリメントした後，宛先判定部へ送付し
   ，制御レジスタの指示が宛先不更新の場合には，受信時
   の宛先のままメッセージバッファに格納されているメッ
   セージを次のセルへ送信し，宛先判定部は，当該ルーテ
   ィング制御部を指示する宛先の相対番号が“０”である
   か否かを判定し，当該ルーティング制御部を指示する宛
   先の相対番号が“０”である場合には，宛先を次の次元
   のルーティング制御部へ送付し，当該ルーティング制御
   部を指示する宛先の相対番号が“０”でない場合には，
   メッセージバッファに格納されているメッセージに，当
   該ルーティング制御部を指示する宛先の相対番号をデク
   リメントした宛先を付して次セルへ送信し，最終段のル
   ーティング制御部に設けられた宛先判定部は，当該ルー
   ティング制御部を指示する宛先の相対番号が“０”であ
   るか否かを判定し，当該ルーティング制御部を指示する
   宛先の相対番号が“０”である場合には，メッセージバ
   ッファに格納されているメッセージを自セルに取り込み
   ，当該ルーティング制御部を指示する宛先の相対番号が
   “０”でない場合には，メッセージバッファに格納され
   ているメッセージに，当該ルーティング制御部を指示す
   る宛先の相対番号がデクリメントされた宛先を付して次
   セルへ送信することを特徴とする並列計算機の通信方式
   。
3. 【請求項３】　　請求項２において，必要とするセルの
   ルーティング制御部を宛先更新状態にし，残りのセルの
   ルーティング制御部を宛先不更新状態にして，多次元ネ
   ットワークを部分ネットワークとすることを特徴とする
   並列計算機の通信方式。
4. 【請求項４】　　請求項２において，必要とするセルの
   ルーティング制御部を宛先更新状態にし，その間に介在
   するセルのルーティング制御部を宛先不更新状態にして
   ，多次元ネットワークを分割された複数個の部分ネット
   ワークとすることを特徴とする並列計算機の通信方式。