Межсоединение тора - Torus interconnect

А тор соединять без выключателя топология сети для соединения узлов обработки в параллельный компьютер система.

Схема 3-х мерного тор соединить. Он не ограничен 8 узлами, но может состоять из любого числа узлов в аналогичном прямолинейном массиве.

Вступление

В геометрия, а тор создается вращением круга вокруг оси копланарный в круг. Хотя это общее определение в геометрии, топологический Свойства этого типа формы описывают топологию сети по сути.

Иллюстрация геометрии

Следующие изображения - 1D и 2D тор. 1D тор - это простой круг, а 2D тор имеет форму бублика. На приведенной ниже анимации показано, как двухмерный тор создается из прямоугольника путем соединения двух пар его противоположных краев. Здесь понятие тора используется для описания, по сути, начала и конца последовательности узлов, связанных, как бублик. Чтобы лучше проиллюстрировать концепцию и понять, что означает топология в сетевом соединении, мы приводим 3 примера параллельных взаимосвязанных узлов с использованием торической топологии. В одном измерении топология тора эквивалентна кольцевое соединение сеть, имеющая форму круга. В 2D это эквивалентно 2D-сетке, но с дополнительным соединением в краевых узлах, что является определением 2D-тора.

Пример 1D тора, окружность.
Пример двумерного тора, пончик.
Создание 2D-тора из 2D-прямоугольника.

Топология сети Torus

Мы можем обобщить правило, исходя из приведенных выше рисунков. Межсоединение Torus - это топология без переключателя, которую можно рассматривать как сетка межблочная с узлами, расположенными в прямолинейный массив из N = 2, 3 или более измерений, с процессорами, подключенными к их ближайшие соседи, и соответствующие процессоры на противоположных сторонах массива подключены.[1] В этой решетке, каждый узел имеет 2N соединений. Эта топология получила свое название от того, что образованная таким образом решетка топологически однородна N-мерный тор.

Визуализация

Первые три измерения топологии торической сети легче визуализировать и описаны ниже:

иллюстрация 1D Torus
иллюстрация 2D-тора
иллюстрация 3D Torus

1D Тор: это одномерное измерение, п узлы соединены в замкнутом цикле, причем каждый узел соединен с двумя ближайшими соседями, связь может происходить в 2 направлениях, + x и -x. 1D тор такой же, как кольцевое соединение.
2D Тор: это двухмерный со степенью 4, узлы представляются выложенными в двумерной прямоугольной решетке из n строк и n столбцов, причем каждый узел соединен со своими 4 ближайшими соседями, а соответствующие узлы на противоположных ребрах соединены. Соединение противоположных краев можно визуализировать, свернув прямоугольный массив в «трубку», чтобы соединить два противоположных края, а затем согнув «трубку» в тор, чтобы соединить два других. связь может происходить в 4 направлениях: + x, −x, + y и −y. Общее количество узлов 2D Тора равно п²
Трехмерный тор: он трехмерен, узлы представляются в трехмерной решетке в форме прямоугольной призмы, причем каждый узел соединен со своими 6 соседями, с соответствующими узлами на противоположных гранях массива. Каждое ребро состоит из п узлы. связь может происходить в 6 направлениях, + x, −x, + y, −y, + z, −z. Каждое ребро трехмерного тора состоит из n узлов. Общее количество узлов трехмерного тора равно п³
Н.Д. Торус: может иметь N размер, каждый узел N тор размерности имеет 2N соседей, связь может происходить в 2N направлениях. Каждое ребро состоит из n узлов. Общее количество узлов этого тора равно п^N. Основная мотивация наличия тора более высокого размера - достижение большей пропускной способности, меньшей задержки и более высокой масштабируемости.

Массивы более высоких измерений трудно визуализировать, но мы можем видеть из правила выше, что каждое более высокое измерение добавляет еще одну пару ближайших соседних соединений к каждому узлу.

Спектакль

Номер суперкомпьютеры на TOP500 list использовать трехмерные сети торов, например IBM Синий Джин / L и Синий Джин / P, а Cray XT3.^[1] IBM Синий Джин / Q использует пятимерную сеть торов. K компьютер и PRIMEHPC FX10 использовать запатентованное межсоединение трехмерной трехмерной сетки тора под названием Tofu.^[2]

Моделирование производительности 3D Torus

Сандип Палур и доктор Иоан Райку из Технологического института Иллинойса провели эксперименты по моделированию работы трехмерного тора. Их эксперименты проводились на компьютере с 250 ГБ оперативной памяти, 48 ядрами и архитектурой x86_64. Имитатор, который они использовали, был РОСС (Оптимистическая система моделирования Ренсселера ). В основном они были сосредоточены на трех аспектах: 1. Различный размер сети. 2. Различное количество серверов. 3. Различный размер сообщения. Они пришли к выводу, что пропускная способность уменьшается с увеличением количества серверов и размера сети. В противном случае пропускная способность увеличивается с увеличением размера сообщения.^[3]

Характеристики продукта 6D Torus

Fujitsu Limited разработала компьютерную модель тора 6D под названием «Тофу». В их модели тор 6D может достигать пропускной способности вне кристалла 100 ГБ / с, масштабируемости в 12 раз выше, чем тор 3D, и высокой отказоустойчивости. Модель используется в K компьютер и Фугаку.^[4]

Преимущества и недостатки

Преимущества

Более высокая скорость, меньшая задержка: Из-за соединения противоположных краев данные имеют больше возможностей для перемещения от одного узла к другому, что значительно увеличивает скорость.
Лучшая справедливость: В межсоединении с сеткой 4 × 4 наибольшее расстояние между узлами находится от верхнего левого угла до нижнего правого угла. Каждый элемент данных занимает 6 прыжков, чтобы пройти самый длинный путь. Но в межсоединении Torus 4 × 4 верхний левый угол может перемещаться в нижний правый угол всего за 2 прыжка.
Меньшее потребление энергии: Поскольку данные, как правило, передают меньшее количество переходов, потребление энергии обычно ниже.

Недостатки

Сложность электромонтажа: Дополнительные провода могут усложнить процесс трассировки на этапе физического проектирования. Если мы хотим проложить больше проводов на кристалле, вполне вероятно, что нам потребуется увеличить количество металлических слоев или уменьшить плотность на кристалле, что дороже. В противном случае провода, соединяющие противоположные края, могут быть намного длиннее, чем другие провода. Это неравенство длин ссылок может вызвать проблемы из-за RC задержка.
Расходы: Хотя длинные циклические ссылки могут быть самым простым способом визуализировать топологию соединения, на практике ограничения на длину кабеля часто делают длинные циклические ссылки непрактичными. Вместо этого напрямую связанные узлы - включая узлы, которые вышеупомянутая визуализация помещает на противоположных краях сетки, соединенных длинной циклической связью, - физически размещаются почти рядом друг с другом в свернутой торической сети.^[5]^[6] Каждое звено в свернутой торовой сети очень короткое - почти такое же короткое, как звенья ближайшего соседа в простом межсетевом соединении - и, следовательно, с малой задержкой.^[7]