74 research outputs found

    New Fault Tolerant Multicast Routing Techniques to Enhance Distributed-Memory Systems Performance

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    Distributed-memory systems are a key to achieve high performance computing and the most favorable architectures used in advanced research problems. Mesh connected multicomputer are one of the most popular architectures that have been implemented in many distributed-memory systems. These systems must support communication operations efficiently to achieve good performance. The wormhole switching technique has been widely used in design of distributed-memory systems in which the packet is divided into small flits. Also, the multicast communication has been widely used in distributed-memory systems which is one source node sends the same message to several destination nodes. Fault tolerance refers to the ability of the system to operate correctly in the presence of faults. Development of fault tolerant multicast routing algorithms in 2D mesh networks is an important issue. This dissertation presents, new fault tolerant multicast routing algorithms for distributed-memory systems performance using wormhole routed 2D mesh. These algorithms are described for fault tolerant routing in 2D mesh networks, but it can also be extended to other topologies. These algorithms are a combination of a unicast-based multicast algorithm and tree-based multicast algorithms. These algorithms works effectively for the most commonly encountered faults in mesh networks, f-rings, f-chains and concave fault regions. It is shown that the proposed routing algorithms are effective even in the presence of a large number of fault regions and large size of fault region. These algorithms are proved to be deadlock-free. Also, the problem of fault regions overlap is solved. Four essential performance metrics in mesh networks will be considered and calculated; also these algorithms are a limited-global-information-based multicasting which is a compromise of local-information-based approach and global-information-based approach. Data mining is used to validate the results and to enlarge the sample. The proposed new multicast routing techniques are used to enhance the performance of distributed-memory systems. Simulation results are presented to demonstrate the efficiency of the proposed algorithms

    Recursive Cube of Rings: A new topology for interconnection networks

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    In this paper, we introduce a family of scalable interconnection network topologies, named Recursive Cube of Rings (RCR), which are recursively constructed by adding ring edges to a cube. RCRs possess many desirable topological properties in building scalable parallel machines, such as fixed degree, small diameter, wide bisection width, symmetry, fault tolerance, etc. We first examine the topological properties of RCRs. We then present and analyze a general deadlock-free routing algorithm for RCRs. Using a complete binary tree embedded into an RCR with expansion-cost approximating to one, an efficient broadcast routing algorithm on RCRs is proposed. The upper bound of the number of message passing steps in one broadcast operation on a general RCR is also derived.published_or_final_versio

    Self-stabilizing wormhole routing in hypercubes

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    Wormhole routing is an efficient technique used to communicate message packets between processors when they are not completely connected. To the best of our knowledge, this is the first attempt at designing a self-stabilizing wormhole routing algorithm for hypercubes. Our first algorithm handles all types of faults except for node/link failures. This algorithm achieves optimality in terms of routing path length by following only the preferred dimensions. In an n-dimensional hypercube, those dimensions in which source and destination address bits differ are called preferred dimensions. Our second algorithm handles topological changes. We propose an efficient scheme of rerouting flits in case of node/link failures. Similar to the first algorithm, this algorithm also tries to follow preferred dimensions if they are nonfaulty at the time of transmitting the flits. However, due to topological faults it is necessary to take non-preferred dimensions resulting in suboptimality of path selection. Formal proof of correctness for both solutions is given. (Abstract shortened by UMI.)

    Circuit-Switched Gossiping in the 3-Dimensional Torus Networks

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    In this paper we describe, in the case of short messages, an efficient gossiping algorithm for 3-dimensional torus networks (wrap-around or toroidal meshes) that uses synchronous circuit-switched routing. The algorithm is based on a recursive decomposition of a torus. The algorithm requires an optimal number of rounds and a quasi-optimal number of intermediate switch settings to gossip in an 7i×7i×7i7^i \times 7^i \times 7^i torus

    High-Speed Message Routing Mechanisms for Massively Parallel Computers

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    現在超並列処理システム(MPP)は、伝統的なベクトルプロセッサやSIMDマシンの 牙城であった多くの分野に進出している。これらのシステムは、入手が容易な高性能 CPUの急激な進歩をうまく利用し、これらを数百~数千個接続して均質なマルチプ ロセッサのシステムとして構成したものである。しかし、これらのシステムの性能は、 現実の問題を解くときは必ずしも良くなく、常に公称の最高性能にははるかに及ばな いのが現状である。これらのシステムではプロセッサ間の通信はすべて相互結合網に よって行われるので、実現可能な最高性能を決める決定的な要素は相互結合網と、そ れに使われる通信機構である。 本論文ではMPPの相互結合網に使われる、効率的な通信機構を実現する2つの方法 を提案する。第1は「特急ルータ」の提案であり、これを相互結合網に用いた場合の 適合性を検註する。特急ルータは多重の単方向レジスタ挿入パスを利用して、時間 空間混合分割型ネットワークを実現するためのものである。異なる基数や次元数につ いて、特急ルータのスイッチ回路とバッファ回路の性能を予測するための正確なモデ ルを開発した。この結果、特急ルータは効率的な通信を行うためのすべての条件を満 足していることが確かめられた。さらに重要な点は、特急ルータはネットワークに故 障のある場合や、通信が錯綜する場合にも、低遅延時間、高スループットを損なわな い経路制御が行えることである。シミュレーションによって評価した特急ルータのの 性能は、これまでに発表された固定経路選択方式のルータより優れており、また他の 適応経路制御方式のルータに比べても、同程度あるいはそれを越えていることが確か められた。 第2は経路長制限方式のマルチキャスト通信の提案である。マルチキャスト通信は 多くの並列処理問題において速度向上に寄与する通信方式である。そこでワームホー ル通信方式において問題となるマルチキャスト通信におけるデッドロックの問題につ いて研究した。そしてこの問題を解決する方法として経路長制限方式のマルチキャス ト通信を提案し、この方式による通信性能をシミュレーションによって評価し、ユニ キャスト方式やマルチパス方式によるマルチキャスト通信の性能と比較した。その結 果、提案する経路長制限方式のマルチキャスト通信は、パリヤ同期のためのクラスタ へのマルチキャスト通信や、最近傍ノードへのマルチキャストや全ノードへの放送の 場合に、特に優れた解決法となることを明らかにした

    High-Speed Message Routing Mechanisms for Massively Parallel Computers

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    現在超並列処理システム(MPP)は、伝統的なベクトルプロセッサやSIMDマシンの 牙城であった多くの分野に進出している。これらのシステムは、入手が容易な高性能 CPUの急激な進歩をうまく利用し、これらを数百~数千個接続して均質なマルチプ ロセッサのシステムとして構成したものである。しかし、これらのシステムの性能は、 現実の問題を解くときは必ずしも良くなく、常に公称の最高性能にははるかに及ばな いのが現状である。これらのシステムではプロセッサ間の通信はすべて相互結合網に よって行われるので、実現可能な最高性能を決める決定的な要素は相互結合網と、そ れに使われる通信機構である。 本論文ではMPPの相互結合網に使われる、効率的な通信機構を実現する2つの方法 を提案する。第1は「特急ルータ」の提案であり、これを相互結合網に用いた場合の 適合性を検註する。特急ルータは多重の単方向レジスタ挿入パスを利用して、時間 空間混合分割型ネットワークを実現するためのものである。異なる基数や次元数につ いて、特急ルータのスイッチ回路とバッファ回路の性能を予測するための正確なモデ ルを開発した。この結果、特急ルータは効率的な通信を行うためのすべての条件を満 足していることが確かめられた。さらに重要な点は、特急ルータはネットワークに故 障のある場合や、通信が錯綜する場合にも、低遅延時間、高スループットを損なわな い経路制御が行えることである。シミュレーションによって評価した特急ルータのの 性能は、これまでに発表された固定経路選択方式のルータより優れており、また他の 適応経路制御方式のルータに比べても、同程度あるいはそれを越えていることが確か められた。 第2は経路長制限方式のマルチキャスト通信の提案である。マルチキャスト通信は 多くの並列処理問題において速度向上に寄与する通信方式である。そこでワームホー ル通信方式において問題となるマルチキャスト通信におけるデッドロックの問題につ いて研究した。そしてこの問題を解決する方法として経路長制限方式のマルチキャス ト通信を提案し、この方式による通信性能をシミュレーションによって評価し、ユニ キャスト方式やマルチパス方式によるマルチキャスト通信の性能と比較した。その結 果、提案する経路長制限方式のマルチキャスト通信は、パリヤ同期のためのクラスタ へのマルチキャスト通信や、最近傍ノードへのマルチキャストや全ノードへの放送の 場合に、特に優れた解決法となることを明らかにした

    Cost Effective Routing Implementations for On-chip Networks

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    Arquitecturas de múltiples núcleos como multiprocesadores (CMP) y soluciones multiprocesador para sistemas dentro del chip (MPSoCs) actuales se basan en la eficacia de las redes dentro del chip (NoC) para la comunicación entre los diversos núcleos. Un diseño eficiente de red dentro del chip debe ser escalable y al mismo tiempo obtener valores ajustados de área, latencia y consumo de energía. Para diseños de red dentro del chip de propósito general se suele usar topologías de malla 2D ya que se ajustan a la distribución del chip. Sin embargo, la aparición de nuevos retos debe ser abordada por los diseñadores. Una mayor probabilidad de defectos de fabricación, la necesidad de un uso optimizado de los recursos para aumentar el paralelismo a nivel de aplicación o la necesidad de técnicas eficaces de ahorro de energía, puede ocasionar patrones de irregularidad en las topologías. Además, el soporte para comunicación colectiva es una característica buscada para abordar con eficacia las necesidades de comunicación de los protocolos de coherencia de caché. En estas condiciones, un encaminamiento eficiente de los mensajes se convierte en un reto a superar. El objetivo de esta tesis es establecer las bases de una nueva arquitectura para encaminamiento distribuido basado en lógica que es capaz de adaptarse a cualquier topología irregular derivada de una estructura de malla 2D, proporcionando así una cobertura total para cualquier caso resultado de soportar los retos mencionados anteriormente. Para conseguirlo, en primer lugar, se parte desde una base, para luego analizar una evolución de varios mecanismos, y finalmente llegar a una implementación, que abarca varios módulos para alcanzar el objetivo mencionado anteriormente. De hecho, esta última implementación tiene por nombre eLBDR (effective Logic-Based Distributed Routing). Este trabajo cubre desde el primer mecanismo, LBDR, hasta el resto de mecanismos que han surgido progresivamente.Rodrigo Mocholí, S. (2010). Cost Effective Routing Implementations for On-chip Networks [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8962Palanci
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