KR100218666B1

KR100218666B1 - 다단계 상호 연결망을 위한 경로 제어 태그 생성 방법

Info

Publication number: KR100218666B1
Application number: KR1019970012106A
Authority: KR
Inventors: 모상만; 신상석; 윤석한
Original assignee: 정선종; 한국전자통신연구원
Priority date: 1997-04-02
Filing date: 1997-04-02
Publication date: 1999-09-01
Also published as: KR19980075790A

Abstract

본 발명은 여러개의 노드로 구성된 병렬 컴퓨터 시스템에서 다단계 상호 연결망을 통하여 패킷을 전송하기 위한 패킷 경로 제어 방법에 관한 것으로, 긴급 전송 여부, 브로드캐스트 전송 여부, 상호 연결망의 구성 형태, 노드 식별자 등의 기본 전송 정보를 이용하여 최단 경로로 패킷을 신속하게 전송하고 경로가 막히거나 정체될 경우 이용 가능한 다른 경로를 사용하여 효과적으로 패킷을 전송할 수 있도록 경로 제어 태그를 생성함으로써 노드간 패킷 전송 효율을 극대화할 수 있는 다단계 상호 연결망을 위한 경로 제어 태그 생성 방법이 제시된다.

본 발명에 따른 경로 제어 태그 생성 방법은 최대 128개까지의 노드가 연결될 수 있는 병렬 컴퓨터 시스템에 적용하기 위한 것으로, 기본 전송 정보를 이용하여 전송 대상 패킷에서 요구되는 경로 제어 태그의 개수를 파악한 후 긴급 플래그, 브로드캐스트 정보, 수신 노드 식별자 등을 참조하여 각각의 태그를 순서대로 생성한다.

Description

다단계 상호 연결망을 위한 경로 제어 태그 생성 방법

본 발명은 여러 개의 노드가 연결된 병렬 컴퓨터 시스템(parallel computer system)에서 다단계 상호 연결망(multistage interconnection network)을 통하여 패킷을 전송하기 위한 패킷 경로 제어에 관한 것으로, 특히 각 노드에서의 경로 제어 태그 생성 방법에 관한 것이다.

병렬 컴퓨터 시스템은 여러 개의 노드(node)들이 상호 연결망을 통하여 메시지 형태의 정보를 교환하고 상호 협력함으로써 작업(job)을 수행하는 컴퓨터 시스템이다. 상호 연결망은 버스(bus)처럼 모든 노드가 중간 단계를 거치지 않고 곧바로 데이터를 전송하는 방법과, 여러 단계의 경로 제어기(router)를 거쳐서 데이터가 전송되는 다단계 전송 방법이 있다. 다단계 상호 연결망에서는 각 단계마다 경로 제어기를 거치게 되는데, 이때 경로 제어를 위하여 경로 제어 태그가 사용된다. 경로 제어 태그는 패킷을 송신하는 노드에서 생성하여 패킷 헤더에 포함시켜 전송한다. 따라서, 경로 제어 태그의 생성은 패킷을 전송하기 위하여 반드시 필요한 것으로써, 최단 경로(shortest path)로 신속하게 패킷을 전송할 수 있고, 경로가 막히거나 정체(congestion)될 경우 이용 가능한 다른 경로를 사용하여 효과적으로 패킷을 전송할 수 있도록 하여야 한다. 다수의 프로세서 노드와 상호 연결망으로 구성된 병렬 컴퓨터 시스템이 씽킹 머신 코포레이션(Thinking Machine Corporation)사의 비. 씨. 쿠즈말(B. C. Kuszmaul)등에 의하여 고안되었다. 이 발명에서의 상호 연결망은 데이터 연결망(data network), 제어 연결망(control network), 진단 연결망(diagnostic network) 등 3 개의 부속 연결망으로 구성되어 있고, 데이터의 전송은 데이터 연결망을 통하여 이루어지도록 되어 있다. 이 발명은 트리(tree) 형태로 구성된 씽킹 머신 코포레이션사 고유의 상호 연결망에서의 경로 제어를 위하여 패킷의 주소 플릿(address flit)에 경로 제어 태그를 할당하여 전송하도록 되어 있다. 이 발명에서는 씽킹 머신 코포레이션사 고유의 상호 연결망을 위한 경로 제어 태그의 구성이 제시되고 있다.

그러나, 본 발명이 적용되는 상호 연결망은 기존에 알려진 상호 연결망과는 다른 별도의 상호 연결망으로써, 상호 연결망의 구성 및 제어 방식과 밀접하게 관련되는 경로 제어 태그 생성 방법 또한 전혀 다르다. 즉, 상호 연결망의 형태나 구성이 다르면 상호 연결망을 위한 경로 제어 태그의 생성 방법도 그에 따라 다르게 된다.

따라서, 본 발명은 여러 개의 노드로 구성된 병렬 컴퓨터 시스템에서 다단계 상호 연결망을 통하여 패킷을 전송할 때 최단 경로로 패킷을 신속하게 전송하고, 경로가 막히거나 정체될 경우 이용 가능한 다른 경로를 사용하여 효과적으로 패킷을 전송할 수 있는 경로 제어 태그 생성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 경로 제어 태그의 생성 요구가 있는가를 확인하여 경로 제어 태그의 생성 요구가 없을 경우 요구 확인을 반복하고, 경로 제어 태그의 생성 요구가 있을 경우 긴급 전송이 요구되는 패킷인가를 확인하는 단계와, 상기 긴급 전송이 요구되는 패킷인가의 확인 결과 긴급 전송이 요구되었을 경우 긴급 플래그를 1로 설정하고, 긴급 전송이 요구되지 않았을 경우 긴급 플래그를 0으로 설정하는 단계와, 상기 긴급 플래그를 설정한 후 전송하고자 하는 패킷이 브로드캐스트 패킷인가를 확인하여 브로드캐스트 패킷일 경우 1개의 경로 제어 태그를 구성하고 경로 제어 태그의 생성 요구가 있는지를 확인하는 단계로 복귀하는 단계와, 상기 전송하고자 하는 패킷이 브로드 캐스트 패킷인지의 확인 결과 브로드캐스트 패킷이 아닐 경우 수신 노드 식별자와 송신 노드 식별자의 일곱 번째 비트를 비교하는 단계와, 상기 수신 및 송신 노드 식별자의 일곱 번째 비트의 비교 결과 서로의 값이 다를 경우 4개의 경로 제어 태그를 구성한 후 경로 제어 태그의 생성 요구가 있는지를 확인하는 단계로 복귀하는 단계와, 상기 수신 및 송신 노드 식별자의 비교 결과 서로의 값이 같을 경우 수신 및 송신 노드 식별자의 네 번째부터 여섯 번째 비트까지를 비교하는 단계와, 상기 수신 및 송신 노드 식별자의 네 번째 비트부터 여섯 번째 비트까지의 비교 결과 서로의 값이 같을 경우 1개의 경로 제어 태그를 구성한 후 경로 제어 태그의 생성 요구가 있는지를 확인하는 단계로 복귀하는 단계와, 상기 수신 및 송신 노드 식별자의 네 번째 비트부터 여섯 번째까지의 비교 결과 서로의 값이 한 비트라도 다를 경우 상호 연결망이 2 개의 경로 제어기만으로 구성되어 있는지를 확인하는 단계와, 상기 상호 연결망의 구성을 확인한 결과 2 개의 경로 제어기로 구성되지 않았을 경우 3개의 경로 제어 태그를 구성한 후 경로 제어 태그의 생성 요구가 있는지를 확인하는 단계로 복귀하는 단계와, 상기 상호 연결망의 구성을 확인한 결과 2 개의 경로 제어기로 구성되었을 경우 2개의 경로 제어 태그를 구성한 후 경로 제어 태그의 생성 요구가 있는지를 확인하는 단계로 복귀하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도1은 128 개의 노드를 연결한 다단계 상호 연결망의 구성도.

도2는 두 개의 경로 제어기로 구성된 상호 연결망의 구성도.

도3(a) 및 도 3(b)는 4 개의 태그를 갖는 패킷의 경로 제어기 통과 전 및 통과 후의 구성도.

도4는 상호 연결망에서 사용되는 경로 제어 태그의 구성도.

도5는 본 발명에 따른 경로 제어 태그 생성 방법을 나타낸 흐름도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

401 : 정의되지 않은 필드 402 : 긴급 비트

403 : 브로드 캐스트 비트 404 : 수신처 필드

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 적용 대상은 하나의 상호 연결망에 최대 128개까지의 노드가 연결될 수 있는 병렬 컴퓨터 시스템으로, 도 1은 여러 개의 노드(101)가 계층 구조의 다단계 상호 연결망에 연결되어 있는 병렬 컴퓨터 시스템의 구성도이다. 상호 연결망에는 2 개에서부터 128 개까지의 노드가 자유롭게 연결될 수 있어서 높은 확장성(high scalability)를 제공한다. 도시된 바와 같이 다단계 상호 연결망은 경로 제어기(router)와 경로(route)로 구성되어 있다. 각 경로는 경로 제어기 상호간 또는 경로 제어기와 노드를 각각 1:1로 연결하며, 양방향 동시 전송이 가능한 듀플렉스 경로(duplex path)로 구성된다. 경로 제어기(102 내지 109)는 10 개의 듀플렉스 포트(duplex port)를 갖는 일종의 크로스바 스위치이다. 포트 8과 포트 9는 적응 포트(adaptive port)로서 상위 계층으로의 패킷 전송시에 사용되며, 두 개의 포트중 어느 곳으로 전송해도 원하는 수신 노드로 패킷이 전송된다.

도 2는 9 개 이상 16 개 이하의 노드(201)를 연결할 때 사용되는 상호 연결망의 구성으로서, 단지 2 개의 경로 제어기(202, 203)가 사용된다. 두 경로 제어기(202, 203)의 적응 포트를 직접 연결함으로써 간단하게 상호 연결망이 구성된다. 2개 이상 8개 이하의 노드를 연결할 때에는 하나의 경로 제어기가 사용되며, 이때 두 개의 적응 포트는 사용하지 않는다.

도 1과 도 2에서 사용되는 패킷은 헤더(header)와 데이터로 구성되는데, 헤더는 상호 연결망에서 소진하는 경로 제어용 정보이고, 데이터는 노드와 노드 사이에 실제로 전송되는 순수한 데이터 정보이다.

도 3(a) 및 도 3(b)는 도 1과 도 2에 도시된 다단계 상호 연결망에서 사용되는 패킷이 경로 제어기를 통과하기 전후의 구성도이다. 도 3(a)에 도시된 경로 제어기를 통과하기 이전의 패킷(310)은 4 개의 경로 제어 태그(311 내지 314)로 구성된 헤더와 데이터(315)로 이루어져 있다. 이 패킷(310)이 경로 제어기를 한번 통과하면, 패킷(310)의 맨앞에 있는 하나의 경로 제어 태그(311)가 제거되어 나온다.

도 3(b)에 도시된 경로 제어기를 통과한 이후의 패킷(320)은 3 개의 경로 제어 태그(321 내지 323)와 데이터(324)로 구성된다. 즉, 경로 제어기를 통과하기 이전의 패킷(310)에서 맨앞에 위치한 경로 제어 태그(311) 하나가 소진된 상태의 나머지 부분이 바로 경로 제어기를 통과한 이후의 패킷(320)이다. 제거된 경로 제어 태그(311)는 경로 제어기에서 경로 제어를 위한 목적으로 사용된 후 더이상 필요치 않아 소진된 것이다.

밸리드(VALID) 신호선(317 및 326)은 패킷의 유효한 범위를 나타내는 신호선으로서, 신호선의 값이 `참(high)'인 첫번째 플릿(flit)(311, 321)에서부터 `거짓(low)'이 되는 첫번째 플릿(316, 325)까지가 패킷의 유효한 범위이다. 밸리드(VALID) 신호선(317, 326)은 도 1과 도 2에 나타난 모든 경로에 존재한다. 경로 제어 태그는 경로 제어기를 통과할 때마다 하나씩 경로 제어용으로 사용된 후 경로 제어기에서 소진된다. 즉 경로 제어기를 통과할 때마다 패킷의 길이가 한 플릿씩 줄어든다. 따라서, 송신 노드에서는 패킷을 전송할 때마다 통과할 경로 제어기의 수만큼 경로 제어 태그를 생성하여 패킷 헤더를 구성해서 패킷을 전송하여야 한다.

도 4는 8 비트로 구성된 경로 제어 태그의 구성도이다. 긴급(Emergency: 이하 E라 함) 비트(402)는 전송하는 패킷이 긴급 전송을 요구하는 패킷임을 나타낸다. E 비트(402)가 1이면 경로 제어기는 다른 패킷에 비해 우선적으로 경로를 설정해 준다. E 비트(402)가 0이면 긴급을 요구하지 않는 일반 패킷임을 나타낸다. 브로드캐스트(Broadcast: 이하 B라 함) 비트(403)는 전송하는 패킷이 상호 연결망에 연결된 모든 노드에게 전송되어야 하는 브르드캐스트(broadcast) 패킷임을 나타낸다. B 비트(403)가 1이면 경로 제어기는 입력된 패킷을 포트 0에서 포트 7까지의 모든 포트와 포트 8, 포트 9의 두 개의 적응 포트중 하나에게 경로 제어 태그를 소진하지 않은 채 그대로 전송한다. B 비트(403)가 0이면 1:1로 전송되는 일반 패킷임을 나타낸다. 수신처(Destination) 필드(404)는 경로 제어기에 있는 10 개의 포트중에서 패킷을 어느 포트로 전송할 것인가를 나타낸다. 수신처 필드(404)는 0000에서부터 1001까지의 명시적인 포트 번호의 값을 갖거나 적응 포트 사용을 의미하는 1100의 값을 갖는다. 수신처 필드(404)의 값이 1100인 경우에는 두 개의 적응 포트인 포트 8과 포트 9 중에서 어느 포트를 사용해도 무방함을 나타내는 것으로서, 경로 제어기는 고유의 중재(arbitration) 방법에 따라 이들 두 개의 적응 포트중 하나에게 패킷을 전송한다. B 비트(403)가 1인 경우에는 수신처 필드(404)의 값은 사용되지 않는다. 정의되지 않은 필드(reserved field)(401)는 사용되지 않는 영역으로서 이 필드의 값은 아무런 의미가 없으며, 향후의 기능 확장시에 정의하여 사용될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 경로 제어 태그의 생성 방법의 흐름도로서, 다단계 상호 연결망에서의 패킷 전송을 위한 경로 제어 태그를 생성하는 과정을 단계별로 나타낸다. 먼저, 경로 제어 태그의 생성 요구가 있는가를 확인한다(501). 경로 제어 태그의 생성 요구가 없으면 요구 확인을 반복하고, 경로 제어 태그의 생성 요구가 있으면 긴급 전송이 요구되는 패킷인가를 확인한다(502). 긴급 전송이 요구되면 긴급 플래그(Emergency Flag: 이하 EF라 함)를 1로 설정하고(503), 긴급 전송이 요구되지 않으면 EF를 0으로 설정한다(504). EF는 전송하고자 하는 패킷이 긴급 전송을 요구하는 패킷임을 나타내는 1 비트 플래그이다. EF 설정(503, 504)이 끝나면, 전송하고자 하는 패킷이 브로드캐스트 패킷인가를 확인한다(505). 전송하고자 하는 패킷이 브로드캐스트 패킷이면, 경로 제어 태그는 1 개로 구성되며, 그 값은 {00,EF,10000}이다(506). 단계(506)를 수행하고 나면 단계(501)로 복귀한다. 전송하고자 하는 패킷이 브로드캐스트 패킷이 아니면, 수신 노드 식별자(destination node identifier: 이하 DNI라 함)와 송신 노드 식별자(source node identifier: 이하 SNI라 함)를 비교하는데, DNI[6] 비트와 SNI[6] 비트를 먼저 비교한다(507). 본 발명의 적용 대상이 되는 병렬 컴퓨터 시스템은 최대 128 개의 노드가 상호 연결망에 연결될 수 있으므로 모든 노드를 식별하기 위해서 7 비트를 DNI 및 SNI로 사용한다. DNI[6] 비트와 SNI[6] 비트의 비교 결과(507) 서로의 값이 다르면 경로 제어 태그는 4 개로 구성되며, 그 값은 첫번째 경로 제어 태그부터 순서대로 각각 {00,EF,01100}, {00,EF,01100}, {00,EF,00,DNI[5:3]}, {00,EF,00,DNI[2:0]}이다(508). 단계(508)를 수행하고 나면 단계(501)로 복귀한다. DNI[6] 비트와 SNI[6] 비트의 비교 결과(507) 서로의 값이 같으면, DNI[5:3]와 SNI[5:3]을 비교한다(509). DNI[5:3]와 SNI[5:3]의 비교 결과(509) 서로의 값이 동일하면 경로 제어 태그는 1 개로 구성되며, 그 값은 {00,EF,00,DNI[2:0]}이다(510). 단계(510)를 수행하고 나면 단계(501)로 복귀한다. DNI[5:3]와 SNI[5:3]의 비교 결과(509) 서로의 값이 한 비트라도 틀리면, 상호 연결망이 도 2에 도시된 바와 같이 2 개의 경로 제어기만으로 구성되어 있는지를 확인한다(511). 2 개의 경로 제어기로 구성된 상호 연결망이 아니면 경로 제어 태그는 3 개로 구성되며, 그 값은 첫번째 경로 제어 태그부터 순서대로 각각 {00,EF,01100}, {00,EF,00,DNI[5:3]}, {00,EF,00,DNI[2:0]}이다(512). 단계(512)를 수행하고 나면 단계(501)로 복귀한다. 2 개의 경로 제어기로 구성된 상호 연결망이면 경로 제어 태그는 2 개로 구성되며, 그 값은 첫번째 경로 제어 태그부터 순서대로 각각 {00,EF,01100}, {00,EF,00,DNI[2:0]}이다(513). 단계(513)를 수행하고 나면 단계(501)로 복귀한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 여러 개의 노드로 구성된 병렬 컴퓨터 시스템에서 최단 경로로 패킷을 신속하게 전송하고, 경로가 막히거나 정체될 경우 이용 가능한 다른 경로를 사용하여 효과적으로 패킷을 전송할 수 있도록 경로 제어 태그를 생성함으로써 노드간 패킷 전송 효율을 극대화할 수 있다.

Claims

경로 제어 태그의 생성 요구가 있는가를 확인하여 경로 제어 태그의 생성 요구가 없을 경우 요구 확인을 반복하고, 경로 제어 태그의 생성 요구가 있을 경우 긴급 전송이 요구되는 패킷인가를 확인하는 단계와,

상기 긴급 전송이 요구되는 패킷인가의 확인 결과 긴급 전송이 요구되었을 경우 긴급 플래그를 1로 설정하고, 긴급 전송이 요구되지 않았을 경우 긴급 플래그를 0으로 설정하는 단계와,

상기 긴급 플래그를 설정한 후 전송하고자 하는 패킷이 브로드캐스트 패킷인가를 확인하여 브로드캐스트 패킷일 경우 1개의 경로 제어 태그를 구성하고 경로 제어 태그의 생성 요구가 있는지를 확인하는 단계로 복귀하는 단계와,

상기 전송하고자 하는 패킷이 브로드 캐스트 패킷인지의 확인 결과 브로드캐스트 패킷이 아닐 경우 수신 노드 식별자와 송신 노드 식별자의 일곱 번째 비트를 비교하는 단계와,

상기 수신 및 송신 노드 식별자의 일곱 번째 비트의 비교 결과 서로의 값이 다를 경우 4개의 경로 제어 태그를 구성한 후 경로 제어 태그의 생성 요구가 있는지를 확인하는 단계로 복귀하는 단계와,

상기 수신 및 송신 노드 식별자의 비교 결과 서로의 값이 같을 경우 수신 및 송신 노드 식별자의 네 번째부터 여섯 번째 비트까지를 비교하는 단계와,

상기 수신 및 송신 노드 식별자의 네 번째 비트부터 여섯 번째 비트까지의 비교 결과 서로의 값이 같을 경우 1개의 경로 제어 태그를 구성한 후 경로 제어 태그의 생성 요구가 있는지를 확인하는 단계로 복귀하는 단계와,

상기 수신 및 송신 노드 식별자의 네 번째 비트부터 여섯 번째까지의 비교 결과 서로의 값이 한 비트라도 다를 경우 상호 연결망이 2 개의 경로 제어기만으로 구성되어 있는지를 확인하는 단계와,

상기 상호 연결망의 구성을 확인한 결과 2 개의 경로 제어기로 구성되지 않았을 경우 3개의 경로 제어 태그를 구성한 후 경로 제어 태그의 생성 요구가 있는지를 확인하는 단계로 복귀하는 단계와,

상기 상호 연결망의 구성을 확인한 결과 2 개의 경로 제어기로 구성되었을 경우 2개의 경로 제어 태그를 구성한 후 경로 제어 태그의 생성 요구가 있는지를 확인하는 단계로 복귀하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 다단계 상호 연결망을 위한 경로 제어 태그 생성 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 브로드캐스트 패킷을 전송하기 위해 구성하는 경로 제어 태그는 {00, 긴급 플래그 값, 10000}의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 다단계 상호 연결망을 위한 경로 제어 태그 생성 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 수신 및 송신 노드 식별자의 여섯 번째 비트를 비교하여 서로의 값이 다를 경우 구성하는 4개의 경로 제어 태그는 순서적으로 {00, 긴급 플래그 값, 01100}, {00, 긴급 플래그 값, 01100}, {00, 긴급 플래그 값, 00, 수신 노드 식별자[5:3]}, {00, 긴급 플래그 값, 00, 수신 노드 식별자[2:0]}의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 다단계 상호 연결망을 위한 경로 제어 태그 생성 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 수신 및 송신 노드 식별자의 세 번째 비트부터 다섯 번째 비트까지의 비교 결과 서로의 값이 같을 경우 구성하는 경로 제어 태그는 {00, 긴급 플래그 값, 00, 수신 노드 식별자[2:0]}의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 다단계 상호 연결망을 위한 경로 제어 태그 생성 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 상호 연결망의 구성을 확인한 결과 2 개의 경로 제어기로 구성되지 않았을 경우 구성하는 3개의 경로 제어 태그는 순서적으로 {00, 긴급 플래그 값, 01100}, {00, 긴급 플래그 값, 00, 수신 노드 식별자[5:3]}, {00, 긴급 플래그 값, 00, 수신 노드 식별자[2:0]}의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 다단계 상호 연결망을 위한 경로 제어 태그 생성 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 상호 연결망의 구성을 확인한 결과 2 개의 경로 제어기로 구성되었을 경우 구성하는 2개의 경로 제어 태그는 순서적으로 {00, 긴급 플래그 값, 01100}, {00, 긴급 플래그 값, 00, 수신 노드 식별자[2:0]}의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 다단계 상호 연결망을 위한 경로 제어 태그 생성 방법.