并行計算機的互連網(wǎng)絡

宋玉艷

東北空管局通信網(wǎng)絡中心（沈陽 110000）

并行計算機的互連網(wǎng)絡

宋玉艷

東北空管局通信網(wǎng)絡中心（沈陽 110000）

并行計算機系統(tǒng)是當前計算機技術的綜合，是計算機領域的發(fā)展前沿，其中的關鍵技術是互連網(wǎng)絡，是影響著系統(tǒng)性能的瓶頸，因而對并行計算機的互連網(wǎng)絡的研究是具有重要意義的。

并行計算機 互連網(wǎng)絡

1 傳統(tǒng)的分類方法

傳統(tǒng)的并行機互連網(wǎng)絡，主要是進行處理器、存儲器和I/O設備之間的互連，傳統(tǒng)的分類方法是：靜態(tài)互連網(wǎng)絡和動態(tài)互連網(wǎng)絡，機群作為現(xiàn)代并行機系統(tǒng)的一種重要類型，其互連網(wǎng)絡主要連接獨立的完整的計算機節(jié)點，通常采用高速商用網(wǎng)絡。

1.1 靜態(tài)互連網(wǎng)絡

所謂靜態(tài)網(wǎng)絡（Static NetWorks）是指處理單元間有著固定連接的一類網(wǎng)絡，在程序執(zhí)行期間，這種點和點的連接保持不變。典型的靜態(tài)網(wǎng)絡有一位線形陣列、二維網(wǎng)孔、樹連接、超立方網(wǎng)格、立方環(huán)、洗牌交換網(wǎng)、蝶形網(wǎng)絡。

1.2 動態(tài)互連網(wǎng)絡

動態(tài)網(wǎng)絡（Dynamic NetWorks）是用交換開關構成的，可按照應用程序的要求動態(tài)地改變連接組態(tài)。三個著名的動態(tài)連接是總線、交叉開關和多級互連網(wǎng)絡。這些互連具有200 Mb/s 和100 Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

1.3 機群中的互連網(wǎng)絡

在機群系統(tǒng)中，特別是在工作站機群中，一般采用商用的網(wǎng)絡來進行節(jié)點間的互連，如Myrinet、Hippi、光纖通道和FDDI環(huán)、ATM、可擴展一致性接口SCI以及以太網(wǎng)。以下分別簡單介紹。

（1）Myrinet是由Myricom公司設計的千兆位包交換網(wǎng)絡，目的是為了構筑計算機機群，使系統(tǒng)互連成為成為一種商業(yè)產品。它能假設任意拓撲結構，不必限定為開關網(wǎng)孔或者任何規(guī)則的機構。Myrinet支持計算機機群的應用有很大的潛力，但是，與總線縣相關的主機接口在將許多各異的主機連接到Myrinet時仍有限制。

（2）HiPPI是Los Alamos國家實驗室于1987年提出的一個標準，其目的是試圖統(tǒng)一來自不同產商生產的所有大型機和超級計算機的接口，在大型機和超級計算機工業(yè)界，HiPPI作為短距離的系統(tǒng)到系統(tǒng)以及系統(tǒng)到外設連接的高速I/O通道。

現(xiàn)在，超級HiPPI技術早已開發(fā)成功，由于它提供完全不同的實現(xiàn)方式，因而缺乏和傳統(tǒng)的HiPPI通道的向后兼容。

（3）光纖通道和FDDI環(huán)

光纖通道和FDDI是在多個處理器之間和處理器和外圍設備之間的兩種類型，兩者都是為了開發(fā)光纖技術。

（4）ATM（Asynchronous Transfer Mode）

由成立于1991年的ATM論壇和ITU標準定義，起源于Telecom公司，在因特網(wǎng)主干線上以MAN和WAN形式出現(xiàn)。是一種獨立于介質的消息傳輸協(xié)議，目的是將實時和突發(fā)數(shù)據(jù)的傳輸合并為單一的網(wǎng)絡技術，支持LAN和WAN的需求。目前，大多數(shù)計算機公司都有各自的ATM組網(wǎng)技術，以支持企業(yè)和局域網(wǎng)。

ATM網(wǎng)絡在數(shù)字電話、事務處理、分布式多媒體處理等各個方面都有很廣泛的應用，尤其在電信工業(yè)，ATM實現(xiàn)了許多寬帶ISDN服務。

（5）SCI（Scalable Coherence Interface）

它是一種既保持了總線的優(yōu)點又具有傳統(tǒng)網(wǎng)絡空間的擴展性的標準互連結構，它將通常的底板總線擴展到全雙工、點到點的互連結構，并提供分布共享存儲器一致的高速緩存映像。

2 并行計算機互連網(wǎng)絡有待研究的內容

由于并行計算機用戶數(shù)量的局限，雖然互連網(wǎng)絡走過了幾十年的歷程，但是發(fā)展依舊緩慢，尚有很多課題內容供我們發(fā)掘研究，包括：

（1）互連網(wǎng)絡拓撲結構的應用開發(fā) 主要包括對已有拓撲結構的應用研究、研究新的變形結構和開發(fā)新的拓撲結構

（2）新型開關模塊的研究 主要包括了開關模塊的結構研究和新型材料開關的研究

（3）互連代數(shù)的研究 屬于理論研究，是一項現(xiàn)代技術，互連函數(shù)為了表示互連網(wǎng)絡中終點和源點之間的關系。

3 并行計算機互聯(lián)網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢

隨著通信技術的發(fā)展，全光網(wǎng)作為一種新興的光纖通信網(wǎng)技術，引起學術界廣泛的關注。在這種網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)由源節(jié)點到目的節(jié)點的傳輸和交換過程都在光域內進行，中間不存在任何光電之間的轉換，從而避免了由電子器件產生的“電子瓶頸”現(xiàn)象．全光網(wǎng)具有高帶寬、信號透明、兼容性好、可擴放、可重構、結構簡單、可靠性高等優(yōu)點。從而使得這種新興技術成為構建互連網(wǎng)絡的關鍵技術。全光互連網(wǎng)絡也成為并行計算機的重要發(fā)展方向。

光網(wǎng)絡是利用光纖作為傳輸媒介，利用光信號傳輸來進行信息交換的網(wǎng)絡。光網(wǎng)絡備受矚目，是因為它擁有許多優(yōu)點。其中大多數(shù)優(yōu)點是由于采用光纖作為通信介質的緣故。具體有①較大的帶寬；②較好的信號質量；③布署和維護容易；④安全性好。

全光網(wǎng)是在光網(wǎng)絡的基礎上發(fā)展起來的光纖通信網(wǎng)技術。全光網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)由源節(jié)點到目的節(jié)點的傳輸和交換都在光域內完成，中間不使用任何光電轉換器。全光網(wǎng)具有高帶寬、信號透明、兼容性好、可擴放、可靠性高等優(yōu)點。為了充分利用全光網(wǎng)中的高帶寬，在光纖中根據(jù)波長的不同將光纖的帶寬分成多個不重疊的波長通道，任兩個相鄰的通道間留有一定的間隔頻段以避免信號間的串擾。每個波長通道的傳輸速率與電子設備和光傳輸器/接收器的速率相匹配。這就是波分復用（wavelength division multiplex，簡稱WDM）。盡管現(xiàn)在基于波分復用技術的全光網(wǎng)還沒有達到完全實用化，但是基于WDM技術的全光網(wǎng)己成為了通信網(wǎng)絡研究的重要方向。

雖然采用波分復用技術的全光網(wǎng)中存在多個不同波長的通信信道，但是由于受到目前技術的限制，一根光纖中可以容納的波長數(shù)是有限的，所以波長就成為光網(wǎng)中的一種重要的資源。如何充分利用已有的波長仍是全光網(wǎng)研究中的一個重要問題。

[1]陳國良,吳俊敏,章鋒等.并行計算機體系結構.北京:高等教育出版社,2002.

[2]Jose ,Duato Sudhakar Yalamanchili,Lionel Ni 并行計算機互連網(wǎng)絡技術——一種工程方法.北京:電子工業(yè)出版社,2004.

[3]李文兵,裴偉東,馬燕.大規(guī)模并行處理機的互連網(wǎng)絡初探.天津師大學報,2000（3）.

文婷）