KR930007017B1

KR930007017B1 - 인터커넥션 네트워크 스위칭소자

Info

Publication number: KR930007017B1
Application number: KR1019900021821A
Authority: KR
Inventors: 김상범; 이규호; 박치항
Original assignee: 재단법인 한국전자통신연구소; 경상현
Priority date: 1990-12-26
Filing date: 1990-12-26
Publication date: 1993-07-26
Also published as: KR920013159A

Abstract

내용 없음.

Description

인터커넥션 네트워크 스위칭소자

제1도는 본 발명의 가상 네트워크의 개략적인 구성을 나타낸 개략도.

제2도는 본 발명의 스위칭소자에서 사용되는 플릿의 형태를 나타낸 개략도.

제3도는 본 발명의 스위칭소자의 구성을 나타낸 블럭도.

제4도는 본 발명의 스위칭 보드의 구성을 나타낸 블럭도.

제5도는 본 발명의 라우팅 콘트롤 유니트의 구성을 나타낸 블럭도.

제6도는 본 발명의 라우팅 콘트롤 유니트의 동작을 나타낸 플로우챠트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 다중화된 가상 네트워크 2 : 스위칭소자

3, 4, 5, 6 : 스위칭 보드 7, 8, 9,1 0 : 버스 중재부

11, 12, 13, : 라우팅 콘트롤 유니트 14, 15, 16 : 멀티플렉서

17, 18 : 출력 콘트롤 유니트 20, 24 : 선택기

23 : 감산기

본 발명은 병렬처리 컴퓨터의 성능을 좌우시키는 인터커넥션 네트워크 시스템(interconnection network system)에 관한 것으로 특히, 메쉬네트워크(mesh networ

k) 방식을 이용하여 교착 상태(deadloc)를 예방하면서 효과적으로 네트워크를 이용하도록 한 인터커넥션 네트워크의 스위칭소자에 관한 것이다.

일반적으로 통신 네트워크를 설계하는데 있어서, 프로세싱노드(processing no

de)의 연결상태가 고정된 네트워크에서 모든 노드로 다이나믹(Dynamic)하게 연결시켜 주기 위해서는 데이타의 패킷(packet)내에 포함된 주소(address)를 참조하여 한 노드(node)에서 다른 노드로 데이타를 줄 수 있는 통신메카니즘(communication me

chanism)이 필요하다는 것은 이미 잘 알려진 사실이다.

그리고 통신메카니즘을 크게 회선교환(circuit switching)방식과 패킷교환(packet switching)방식이 있고, 이중 회선교환 방식은 경로설정 시간이 길고 경로의 사용효율이 떨어지는 단점이 있고, 패킷교환방식은 패킷을 노드에 모두 저장한 후 다음 노드로 전달하므로 네트워크 대기(network latency)가 매우 커지게 되는 단점이 있다.

상기 두 방식의 개선책으로 가상커트쓰로우(virtual cut-throug) 방식과 웜홀라우팅(wormhole routing)방식이 도입 되었다. 그러나 상기의 가상커트쓰로우 방식은 패킷이 노드에 도착할때 다음 경로가 사용가능한 상태이면 전체 패킷이 도착되기 전이라도 곧바로 다음 노드로 전송을 할 수 있기 때문에 네트워크의 부하가 적으면 패킷교환방식보다 매우 낮은 네트워크 대기를 가지는 장점이 있는 반면에 부하가 많아지며 장시간 교착상태에 빠지게 되는 문제점이 있었다.

또한, 상기의 웜홀라우팅 방식은 회선교환방식을 약간 변형하여 가상커트쓰로우 방식의 장점을 도입한 것으로 메시지를 여러개의 패킷으로 분할하지 않고 메시지의 첫부분에만 목적지를 지정하는 정보를 입력하고 이 정보에 의해 선택된 경로를 따라 메시지가 전행되도록 하였으므로 이는 다른 교환방식과 비교하여 최소의 메시지의 저장을 위한 버퍼만을 필요로 하고 빠른 스위칭을 할 수 있어 노드에서 생기는 지연시간을 크게 줄일 수 있는 반면에 메시지들이 네트워크상에 파이프라인(pipe ling)형태를 존재하므로 많은 부하가 걸리면 곧 포화상태가 되게 되고 이로인해 교착상태를 유발하기 쉬운 단점이 있다.

이에 따라 본 발명은 교착상태를 피하면서 다수의 경로의 얻을 수 있는 인터커넥션 네트워크 스위칭소자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이하 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 메쉬네트워크에서의 가상네트워크(virtual network) 구조를 나타낸 것으로 실제의 네트워크를 분할하여 +X+Y네트워크(1a), -X+Y네트워크(1b), +X-Y네트워크(1c) 및 -X-Y네트워크(1d)의 4개의 가장네트워크로 나누고 상기 4개의 가상네트워크(1a)~(1d)를 하나의 네트워크로 조합하여 다중화된 가상네트워크(multiplexed virtual network)(1)를 구성한다.

상기 각 가상네트워크(1a)~(1d)는 논리적으로 서로 완전히 독립되어 서로 간섭하지 않도록 하고, 네트워크상에 있는 메시지는 현재의 위치와 목적지를 비교하여 X채널과 Y채널에 대한 상대 위치가 "0"가 될때까지 진행하는데 만약 X채널과 Y채널에 대한 상대거리가 모두 "0"이 아닌 경우 X채널이나 Y채널중 어느 한곳으로 선택적으로 진행하도록 한다.

상기 가상네트워크(1)에 다수개 구비되는 스위칭소자(2),(2a)……(2n)는 X방향과 Y방향에 대하여 각각 양의 방향으로 진행하는 채널과 음의 방향으로 진행하는 채널에 따라 양방향의 메쉬 네트워크를 구현할 수 있다.

한 노드에 하나의 스위칭소자가 연결되며 스위칭소자의 스위칭소자를 메쉬형태로 연결하여 네트워크를 구성한다.

제2도는 스위칭소자에서 사용되는 플릿(flit)의 형태를 나타낸 것으로, 한 노드(A)에서 다른 노드(B)로 메시지를 보낼때 한 노드(A)는 목적지의 절대주소(absolute address)(X, Y)를 상대주소(relative address)(X, Y)로 변환하여 스위칭소자로 보내고 다음에 메시지 데이타를 보낸다.

스위칭소자를 통과하는 메시지를 패리티 비트(parity bit)와 데일비트(tail bit)가 붙여져서 총 10비트의 플릿을 형성하고, 처음 두개의 플릿은 목적지의 상대주소 X와 Y를 각각 나타내면서 나머지 플릿들은 메시지 데이타를 나타낸다.

메시지 데이타의 마지막 플릿에는 테일비트를 "1"로 세트시킨다. 스위칭소자로 들어온 각 플릿은 도착하자마자 다음 채널로 보내지는데 채널의 선택은 라우팅태그(routing tag)에 의해서 이루어지며 한 노드에서 다른 노드로 가는 경로상에 있는 각 스위칭소자는 태그의 상대주소를 조절하고, 출력채널을 선택하고 테일비트 값이 "1"이 검출될때까지 출력채널로 플릿을 내보낸다.

제3도는 스위칭소자의 구성을 나타낸 것으로 각 스위칭소자는 각각 하나씩의 프로세싱 엘리멘트를 갖도록 하는 한편, +X, +Y, -X, -Y스위칭 보드(4), -Y+X스위칭 보드(5), -X-Y스위칭 보드(6)에는 프로세싱 엘리먼트로 부터의 입력단(PEin)으로 연결되면서 프로세싱 엘리먼트로의 출력단(PEout)과 연결되도록 하고, 상기 4개의 스위칭 보드(3)~(6)로 부터 +X라우팅 태그, +Y라우팅 태그, -X라우팅 태그 및 -Y라우팅 태그가 각각 입력되는 +X버스중재부(+X BAU : Bus Arbitration Unit)(7), +Y가 버스중재부(8), -X버스중재부(9) 및 -Y버스중재부(10)에서는 각각 +X, +Y, -X 및 -Y의 라우팅 태그가 다음의 스위칭소자로 출력되도록 한다.

라우팅 정보는 메시지의 처음 두 플릿에 저장되어 있으며 첫번째 플릿에는 목적지 노드의 상대주소 X(X채널로 진행할 노드의 갯수)를 나타내고 두번째 플릿은 목적지 노드의 상대주소Y(Y채널로 진행할 노드의 갯수)를 나타내고 있다.

노드에서 스위칭소자의 노드입력 채널을 통하여 메시지를 보내면 스위칭소자의 각 스위칭 보드(3)~(6)는 노드 입력채널로 도착한 메시지의 부호(sign)비트를 검사하여 자신의 스위칭 보드에서 진행할 메시지이면 네트워크 채널을 선택하여 출력단(PEout)으로 출력시키고 그렇지 않으며 다시 하위 스위칭 보드의 노드 입력채널로 메시지를 보낸다.

스위칭 보드(3)~(6)상에 있는 메시지는 목적지에 도착할때까지 동일한 가상네트워크를 진행한다.

예를들어 +X+Y스위칭 보드(3)에서 +X 채널에서 도착한 메시지의 경우 처음 두 플릿이 모두 "0"이면 이 메시지의 처음 두 플릿을 벗겨내고 나머지 메시지 데이타를 하위 가상네트워크나 노드로 보낸다.

+X와 +Y의 라우팅 태그가 모두 "0"이 아니면 두 방향중에서 먼저 이용할 수 있는 채널을 선택하고, +X나 +Y중 하나의 라우팅 태그가 먼저 "0"이된 경우 아직 "0"으로 되지 않은 채널을 선택한다.

출력채널을 선택하면 선택한 방향의 라우팅 태그를 감소시킨 다음 테일비트가 검출될때 까지 데이타를 내보낸다.

제4도는 스위칭 보드중 하나인 +X+Y스위칭 보드의 구성을 나타낸 것으로, X라우팅 태그가 입력되는 제1라우팅 콘트롤 유니트(Routing Control Unit : RCU)(11)

에서는 제1멀트플렉서(MUX)(14), 제2멀티플렉서(15) 및 제3멀티플렉서(16)로 연결하면서 +Y라이팅 태그가 입력되는 제2라우팅 콘트릴 유니트(12)에서는 제1, 제2 및 제3멀티플렉서(14)~(16)로 연결하고, 바로 전단의 스위칭 보드를 경유한다거나 직접 프로세싱 엘리먼트로 부터의 입력단(PEin)가 연결된 제3라우팅 콘트롤 유니트(13)에서는 제2와 제3멀티플렉서(15),(16) 및 다음단의 스위칭 보드의 입력단(PEin)에 연결하며, 다음단의 스위칭 보드를 경유하여 출력단(PEout)과 연결된 제1멀티플렉서(14)에서는 상기 제1, 제2라우팅 콘트롤 유니트(11),(12)의 출력을 포함한 세메시지중 하나를 전단의 스위칭 보드를 경유하거나 직접 출력단(PEout)으로 출력하고, 상기 제 2 및 제3멀트플렉서(15),(16)에서는 각각 입력되는 세메시지중 하나를 출력콘트롤 유니트(OCU : Output Control Unit)에 일시저장 하면서 다음 스위치소자의 +X라우팅 태그 또는 +Y라우팅 태그로 출력하는 것이다.

제5도는 라우팅 콘트롤 유니트 구성을 상세히 나타낸 것으로, +X라우팅 태그가 채널을 통하여 입력되는 제1라우팅 콘트롤 유니트의 구성을 도시한 것이다. 10비트의 메시지 데이타는 제1래치(19)에 일시 저장된 후 2 : 1선택기(20)와 제2레치(21) 및 라우팅, 테일태그 검출기(22)로 인가되도록 하고, 상기 제2래치(21)에서 다시 일시 저장된 신호와 함께 2 : 1 선택기(20)에서 하나가 선택되어 감산기(23)로 입력되도록 하고, 상기 감산기(23)에서 "-1"의 연산이 수행된 출력은 상기 제1 및 제2래치(9),(21)의 출력과 3 : 1선택기(24)로 입력되어 하나만 10비트의 메시지 데이타로 출력되도록 하는 한편, 상기 라우칭, 테일태그 검출기(22)로 부터의 출력은 로직 어레이(25)로 입력되어 상기 3개의 멀티플렉서(14)~(16)중 어느하나를 선택하는 멀티플렉서 선택신호(Mux Select)를 출력하는 동시에 핸드쉐이크 로직(Handshake Logic)(26)으로 경로선택 완료신호(OK)를 출력하거나 다음단의 스위칭소자 경로선택의뢰신호(Select)를 전송하여 데이타 전송준비완료신호(RFD : Ready For Data)가 입력되면 데이타를 전송하면서 유효데이타신호(DAV : Data Valid)를 출력하고, 상기 핸드쉐이크로직(26)에서는 전단의 스위칭소자로 데이타 전송준비완료신호(RED)를 보내면서 유효데이타신호(DAU)를 입력받도록 한 것이다.

그러므로 상기의 라우팅 콘트롤 유니트로 입력되는 메시지의 첫번째 플릿의 "0" 또는 부호(Sign)에 따라 3개의 멀티플렉서(14)~(16)중 하나를 선택하면서 라우팅 하는 것으로, 첫번째 플릿이 도착하면 셋업상태가 되어 라우팅 알고리즘에 따라 출력의 경로를 선택하면서 선택된 채널(X 또는 Y)의 라우팅 태그를 "1" 감소시키거나, 채널이 모두 "0"이면 라우팅 태그를 없앤후 본 스위칭소자에 연결된 프롯싱 엘리멘트로 메시지를 전달하되, 출력콘트롤 유니트(OCU)를 획득하면서 전송상태가 되어 데이타이 테일비트가 "1", 즉 마지막 플릿이 전송될때까지 채널의 연결상태를 지속한다.

제6도는 라우팅 콘트롤 유니트의 경로를 선택하는 동작상태를 나타낸 것으로, 출력콘트롤 유니트(OCU)가 사용가능한 아이들(Idle)상태인가를 확인하여(단계 30), 아이들 상태이면 X 또는 Y채널을 통해 입력되는 메시지의 X라우팅 태그가 "0"인가를 확인한다(단계 31).

X라우팅 태그가 "0"이면 다시 Y라우팅 태그가 "0"인가를 확인하고(단계 32), "0"이면 이때는 본 스위칭소자에 연결된 프로세싱 엘리먼트로 보내지는 메시지인 경우이므로(단계 33), 제1멀티플렉서(14)를 구동하여 출력단(PEout)을 경유한 메시지가 프로세싱 엘리먼트에 전달되도록 하는 한편(단계 34), 단계 31에서 "0"이 아니면 다시 Y라우팅 태그가 "0"인가를 확인하여(단계 35) "0"이 아니면 X라우팅 태그가 "1"인 경우에만(단계 36) 채널 X를 선택하여 메시지를 전송한다(단계 37).

그리고 단계 32에서 Y라우팅 태그가 "0"이 아니고 "1"인 경우에는(단계 38) 단계 35에서 "0"인 경우와 함께 채널 Y를 선택하여 메시지를 전송한 후(단계 39), 단계 34, 단계 37의 수행결과와 함께 초기의 상태로 궤환된다.

Claims

인터커넥션 네트워크 스위칭에 있엇, +X,+Y,-X,-Y의 채널로 부터 +X,+Y라우팅 태그, +X,-Y라우팅 태그, -X,+Y라우팅 태그 및 -X,-Y라우팅 태그가 각각 입력됨에 따라 해당되는 경로를 선택적으로 결정하는 +X+Y, +X-Y, -X+Y 및 -X-Y의 스위칭 보드(3)~(6)와, 상기 스위칭 보드(3)~(6)로 부터의 경로선택 결정에 따라 +X, +Y, -X 및 -Y의 채널을 통해 라우팅 태그를 출력하는 +X, +Y, -X 및 -Y버스 중재부(7)~(10)들로 이루어진 스위칭소자들을 메쉬형태료 연결하여 각각에 연결된 프로세싱 엘리먼트들의 메시지를 상호 송ㆍ수신 하도록한 인터커넥션 네트워크 스위칭소자.
제1항에 있어서, +X,+Y스위칭 보드는 +X채널을 통한 +X라우팅 태그의 값에 따라 3멀티플렉서(14)~(16)중 하나로 선택 출력하는 제1라우팅 콘트롤 유니트(11)와, +Y라우팅 태그의 값에 따라 3멀티플렉서(14)~(16)중 하나로 선택출력 하는 제2 라우팅 콘트롤 유니트(12)와, 프로세싱 엘리먼트로 부터의 입력단(PEin)을 통한 메시지를 2멀티플렉서(15),(16)중 하나 또는 다음단의 스위칭 보드의 입력단(PEin)으로 선택출력 하는 제3라우팅 콘트롤 유니트(13)와, 상기 제2 및 제3멀티플렉서(15),(16)를 경유한 메시지를 일시 저장하면서 다음단의 스위칭소자로 +X라우팅 태그와 +Y라우팅 태그로 출력하는 출력 콘트롤 유니트(17),(18)들로 구성한 인터커넥션 네트워트 스위칭소자.
제2항에 있어서, 라우팅 콘트롤 유니트는 입력되는 데이타를 제1래치에서 지연시킨 것과 다시 제2래치에서 지연시킨 것중 어느 하나를 선택하는 2 : 1선택기(20)와, 상기 2 : 1선택기의 출력에 대해 "-1"의 연산을 수행하는 감산기(23)와, 상기 제1래치(19)와, 제2래치(21) 및 감산기(23)로 부터의 입력중 어느 하나를 출력시키는 3 : 1선택기(24)와, 상기 제1래치(19)를 경유함 메시지의 +X라우팅 태그가 "0", 테일태그가 "1"인가를 검출하는 라우팅, 테일태그 검출기(22)와, 상기 아루팅, 테일태그 검출기(22)로 부터의 출력에 따라 다음단의 스위칭소자와 경로선택의 신호(Select), 데이타 전송준비완료(RFD) 및 유효데이타신호(DAV)를 주고 받는 로직 어레이(25)와, 상기 로직 어레이(25)로 부터의 경로선택완료신호(OK)에 따라 전단의 스위칭소자와 데이타 전송준비완료신호(RFD) 및 유효데이타신호(DAV)를 주고 받는 핸드 쉐이크 로직(26)들로 구성한 인터커넥션 네트워크 스위칭소자.