【正文】 IN 網(wǎng)絡中，光數(shù)據(jù)報文始終在光鏈路上傳輸，其在中間結點上的路由判斷與選擇由與其同步傳輸?shù)碾娍刂茍笪膶崿F(xiàn)，從而避免了對光信號進行光電轉換。本文以降低光互連的額外開銷，提高互連網(wǎng)絡的實際性能為目標，針對當前光互連技術遇到的障礙，研究了高性能計算機內(nèi)部無緩存的高速光互連網(wǎng)絡技術，提出了一種不需要在中間結點進行光電轉換的無緩存的光互連網(wǎng)絡結構BOIN(BufferlessOpticalInterconnectionNetwork)，研究了其路由算法及其容錯技術，同時對 BOIN 網(wǎng)絡的性能進行了建模分析和優(yōu)化設計。光互連技術作為一種新的互連方式，具有帶寬高、功耗低、延時小、抗干擾等許多電互連不可比擬的優(yōu)點，成為并行計算機高速互連網(wǎng)絡的研究熱點之一。如何設計大規(guī)模并行計算機內(nèi)部的高帶寬、高吞吐率、低延時的互連網(wǎng)絡，提高結點互連的效率和性 能，已成為高性能計算機體系結構研究領域中亟待解決的重點和難點問題。當前，提高大規(guī)模并行計算機的性能主要從兩個方面著手：單個計算結點性能的提高以及連接各計算結點的高速互連網(wǎng)絡的優(yōu)化與改進。 作為解決大規(guī)模計算問題的重要手段，高性能計算機被越來越廣泛地應用到科學與工程的各個領域。 本文面向高性能計算機內(nèi)部計算結點間的高速互連，對無緩存的 BOIN 光互連網(wǎng)絡進行了全面的研究，在其拓撲結構、鏈路協(xié)議、路由算法以及性能模型等方面都進行了深入的探索，并且根據(jù)性能模型對 BOIN 網(wǎng)絡進行了優(yōu)化設計，同時還對 BOIN 網(wǎng)絡中的容錯路由技術進行了研究。在本文中，針對大規(guī)模BOIN 網(wǎng)絡中可能存在的結點失效問題，提出了一種 FTBOIN 容錯光互連網(wǎng)絡結構，分析了在 FTBOIN 網(wǎng)絡中結點間的可達關系及其性質(zhì)，給出了兩個結點間存在可達路徑的充要條件，并根據(jù)該條件研究了幾種具有不同容錯性能和復雜度的容錯路由算法。模擬結果表明這些性能優(yōu)化技術能夠有效地提升 BOIN 互連網(wǎng)絡的性能，為大規(guī)模并行計算機的設計打下良好的基礎。采用 BOIN2 網(wǎng)絡結構，在只需要增加少許硬件資源的條件下，可以獲得明顯的性能增長。 BOIN 網(wǎng)絡是為了實現(xiàn)高性能計算機內(nèi)部的高速互連而設計的一種光電互連網(wǎng)絡結構，因此如何采取有效的方法，切實提高其互連性能，是本文的研究重點之一。同時根據(jù)理論分析結果，給出了在一定的網(wǎng)絡總規(guī)模下網(wǎng)絡性能達到最優(yōu)時其拓撲結構應該滿足的條件。在文中研究了 BOIN 網(wǎng) 絡的鏈路協(xié)議及端口沖突解決技術，提出了無死鎖 /無活鎖的路由算法，證明了路由算法的可達性，指出采用該路由算法， BOIN 網(wǎng)絡中的任何報文都必定在有限的時間內(nèi)由源結點傳輸?shù)侥康慕Y點，并給出了這個由網(wǎng)絡規(guī)模所決定的傳輸延時上限。論文的主要研究成果包括以下幾個方面： 針對當前光互連網(wǎng)絡中無法進行有效的光緩存以及直接邏輯判斷的不足，提出了一種不需要在中間結點上將光信號轉換為電信號并進行緩存排隊和路由選擇的 BOIN 光互連結構。但是，在當前技術條件下，由于無法有效地實現(xiàn)光信號的緩存和邏輯處理，在一般的光互連系統(tǒng)中，需要在網(wǎng)絡中間結點上將到達的光信號轉換為電信號再進行路由判斷和緩存，這勢必引入額外的傳輸延時。 在高速數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境下，以銅導線為傳輸介質(zhì)的的電互連網(wǎng)絡存在帶寬低，功耗高，抗干擾能力差，互連密度小等不足，成為制約并行互連網(wǎng)絡性能進一步提高的瓶頸。隨著并行計算機規(guī)模的不斷增大，需要在更多的計算結點之間實現(xiàn)高效的互連，這對其內(nèi)部的高速互連網(wǎng)絡提出了更高的要求。隨著高性能計算技術的發(fā)展，高性能并行計算機的規(guī)模不斷擴大，對系統(tǒng)性能的要求也不斷提高。上述研究成果對高性能計算機內(nèi)部互連網(wǎng)絡中遇到的實際問題給出了有效的解決方案，對并行計算機系統(tǒng)結構和互連網(wǎng)絡的設計具有一定的理論意義和應用價值。實驗結果表明 FTBOIN 網(wǎng)絡具有良好的容錯能力，當網(wǎng)絡中發(fā)生結點失效時，能夠在可達結點之間實現(xiàn)無阻塞的路由。 在大規(guī)模并行互連網(wǎng)絡中，容錯性能的高低是對網(wǎng)絡整體性能進行評 價的重要指標。文中研究了 BOIN2 網(wǎng)絡的路由算法，證明了其與標準 BOIN 網(wǎng)絡相類似，同樣具有無死鎖 /無活鎖以及有限傳輸延時上限等性質(zhì)。文中著重研究了 BOIN 網(wǎng)絡的性能優(yōu)化技術，包括避免結點餓死的路由算法，以及具有高吞吐率和高鏈路利用率的 BOIN2 網(wǎng)絡結構。模擬結果顯示，該模型正確反映了 BOIN 網(wǎng)絡的性能特征，為網(wǎng)絡的優(yōu)化設計提供了分析依據(jù)。 為了準確地刻畫和評價 BOIN 網(wǎng)絡的性能，本文運用數(shù)學工具，分析了網(wǎng)絡在各個方向鏈路上的流量特征，并為其建立了數(shù)學模型，得到了 BOIN 網(wǎng)絡在規(guī)模和負載一定的情況下，其報文傳輸平均延時和平均吞吐率等性能指標的解析表達式。在 BOIN 網(wǎng)絡中，光數(shù)據(jù)報文始終在光鏈路上傳輸，其在中間結點上的路由判斷與選擇由與其同步傳輸?shù)碾娍刂茍笪膶崿F(xiàn)，從而避免了對光信號進行光電轉換。本文以降低光互連的額外開銷，提高互連網(wǎng)絡的實際性能為目標，針對當前光互連技術遇到的障礙，研究了高性能計算機內(nèi)部無緩存的高速光互連網(wǎng)絡技術，提出了一種不需要在中間結點進行光電轉換的無緩存的光互連網(wǎng)絡結構BOIN(BufferlessOpticalInterconnectionNetwork)，研究了其路由算法及其容錯技術，同時對 BOIN 網(wǎng)絡的性能進行了建模分析和優(yōu)化設計。光互連技術作為一種新的互連方式，具有帶寬高、功耗低、延時小、抗干擾等許多電互連不可比擬的優(yōu)點，成為并行計算機高速互連網(wǎng)絡的研究熱點之一。如何設計大規(guī)模并行計算機內(nèi)部的高帶寬、高吞吐率、低延時的互連網(wǎng)絡，提高結點互連的效率和性能，已成為高性能計算機體系結構研究領域中亟待解決的重點和難點問題。當前，提高大規(guī)模并行計算機的性能主要從兩個方面著手：單個計算結點性能的提高以及連接各計算結點的高速互連網(wǎng)絡的優(yōu)化與改進。 作為解決大規(guī)模計算問題的重要手段，高性能計算機被越來越廣泛地應用到科學與工程的各個領域。 本文面向高性能計算機內(nèi)部計算結點間的高速互連，對無緩存的 BOIN 光互連網(wǎng)絡進行了全面的研究，在其拓撲結構、鏈路協(xié)議、路由算法以及性能模型等方面都進行了深入的探索，并且根據(jù)性能模型對 BOIN 網(wǎng)絡進行了優(yōu)化設計，同時還對 BOIN 網(wǎng)絡中的容錯路由技術進行了研究。在本文中，針對大規(guī)模BOIN 網(wǎng)絡中可能存在的結點失效問題，提出了一種 FTBOIN 容錯光互連網(wǎng)絡結構，分析了在 FTBOIN 網(wǎng)絡中結點間的可達關系及其性質(zhì)，給出了兩個結點間存在可達路徑的充要條件，并根據(jù)該條件研究了幾種具有不同容錯性能和復雜 度的容錯路由算法。模擬結果表明這些性能優(yōu)化技術能夠有效地提升 BOIN 互連網(wǎng)絡的性能，為大規(guī)模并行計算機的設計打下良好的基礎。采用 BOIN2 網(wǎng)絡結構，在只需要增加少許硬件資源的條件下，可以獲得明顯的性能增長。 BOIN 網(wǎng)絡是為了實現(xiàn)高性能計算機內(nèi)部的高速互連而設計的一種光電互連網(wǎng)絡結構，因此如何采取有效的方法，切實提高其互連性能，是本文的研究重點之一。同時根據(jù)理論分析結果，給出了在一定的網(wǎng)絡總規(guī)模下網(wǎng)絡性能達到最 優(yōu)時其拓撲結構應該滿足的條件。在文中研究了 BOIN網(wǎng)絡的鏈路協(xié)議及端口沖突解決技術，提出了無死鎖 /無活鎖的路由算法，證明了路由算法的可達性，指出采用該路由算法， BOIN 網(wǎng)絡中的任何報文都必定在有限的時間內(nèi)由源結點傳輸?shù)侥康慕Y點，并給出了這個由網(wǎng)絡規(guī)模所決定的傳輸延時上限。論文的主要研究成果包括以下幾個方面： 針對當前光互連網(wǎng)絡中無法進行有效的光緩存以及直接邏輯判斷的不足，提出了一種不需要在中間結點上將光信號轉換為電信號并進行緩存排隊和路由選擇的 BOIN 光互連結構。但是，在當前技術條件下，由于無法有效地實現(xiàn)光信號的緩存和邏輯處理，在一般的光互連系統(tǒng)中，需要在網(wǎng)絡中間結點上將到達的光信號轉換為電信號再進行路由判斷和緩存，這勢必引入額外的傳輸延時。 在高速數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境下，以銅導線為傳輸介質(zhì)的的電互連網(wǎng)絡存在帶寬低，功耗高，抗干擾能力差，互連密度小等不足，成為制約并行互連網(wǎng)絡性能進一步提高的瓶頸。隨著并行計算機規(guī)模的不斷增大，需要在更多的計算結點之間實現(xiàn)高效的互連，這對其內(nèi)部的高速互連網(wǎng)絡提出了更高的要求。隨著高性能計算技術的發(fā)展，高性能并行計算機的規(guī)模不斷擴大，對系統(tǒng)性能的要求也不斷提高。上述研究成果對高性能計算機內(nèi)部互連網(wǎng)絡中遇到的實際問題給出了有效的解決方案，對并行計算機系統(tǒng)結構和互連網(wǎng)絡的設計具有一定的理論意義和應用價值。實驗結果表明 FTBOIN 網(wǎng)絡具有良好的容錯能力，當網(wǎng)絡中發(fā)生結點失效時，能夠在可達結點之間實現(xiàn)無阻塞的路由。 在大規(guī)模并行互連網(wǎng)絡中，容錯性能的高低是對網(wǎng)絡整體性能進 行評價的重要指標。文中研究了 BOIN2 網(wǎng)絡的路由算法，證明了其與標準 BOIN 網(wǎng)絡相類似，同樣具有無死鎖 /無活鎖以及有限傳輸延時上限等性質(zhì)。文中著重研究了 BOIN 網(wǎng)絡的性能優(yōu)化技術，包括避免結點餓死的路由算法，以及具有高吞吐率和高鏈路利用率的 BOIN2 網(wǎng)絡結構。模擬結果顯示，該模型正確反映了 BOIN 網(wǎng)絡的性能特征，為網(wǎng)絡的優(yōu)化設計提供了分析依據(jù)。 為了準確地刻畫和評價 BOIN 網(wǎng)絡的性能，本文運用數(shù)學工具，分析了網(wǎng)絡在各個方向鏈路上的流量特征，并為其建立了數(shù)學模型，得到了 BOIN 網(wǎng)絡在規(guī)模和負載一定的情況下，其報文傳輸平均延時和平均吞吐率等性能指標的解析表達式。在 BOIN 網(wǎng)絡中，光數(shù)據(jù)報文始終在光鏈路上傳輸，其在中間結點上的路由判斷與選擇由與其同步傳輸?shù)碾娍刂茍笪膶崿F(xiàn)，從而避免了對光信號進行光電轉換。本文以降低光互連的額外開銷，提高互連網(wǎng)絡的實際性能為目標，針對當前光互連技術遇到的障礙，研究了高性能計算機內(nèi)部無緩存的高速光互連網(wǎng)絡技術，提出了一種不需要在中間結點進行光電轉換的無緩存的光互連網(wǎng)絡結構BOIN(BufferlessOpticalInterconnectionNetwork)，研究了其路由算法及其容錯技術，同時對 BOIN 網(wǎng)絡的性能進行了建模分析和優(yōu)化設計。光互連技術作為一種新的互連方式，具有帶寬高、功耗低、延時小、抗干擾等許多電互連不可比擬的優(yōu)點，成為并行計算機高速互連網(wǎng)絡的研究熱點之一。如何設計大規(guī)模并行計算機內(nèi)部的高帶寬、高吞吐率、低延時的互連網(wǎng)絡，提高結點互連的 效率和性能，已成為高性能計算機體系結構研究領域中亟待解決的重點和難點問題。當前，提高大規(guī)模并行計算機的性能主要從兩個方面著手：單個計算結點性能的提高以及連接各計算結點的高速互連網(wǎng)絡的優(yōu)化與改進。 作為解決大規(guī)模計算問題的重要手段，高性能計算機被越來越廣泛地應用到科學與工程的各個領域。 本文面向高性能計算機內(nèi)部計算結點間的高速互連，對無緩存的 BOIN 光互連網(wǎng)絡進行了全面的研究，在其拓撲結構、鏈路協(xié)議、路由算法以及性能模型等方面都進行了深入的探索，并且根據(jù)性能模型對 BOIN 網(wǎng)絡進行了優(yōu)化設計，同時還對