High-Speed Message Routing Mechanisms for Massively Parallel Computers

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

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

Broadcasting in Hyper-cylinder graphs

Broadcasting in computer networking means the dissemination of information, which is known initially only at some nodes, to all network members. The goal is to inform every node in the minimal time possible. There are few models for broadcasting; the simplest and the historical model is called the Classical model. In the Classical model, dissemination happens in synchronous rounds, wherein a node may only inform one of its neighbors. The broadcast question is: What is the minimum number of rounds needed for broadcasting, and what broadcast scheme achieves it? For general graphs, these questions are NP-hard, and it is known to be at least 3 - ε inapproximable for any real ε > 0. Even for some very restricted classes of graphs, the questions remain as an NP-hard problem. Little is known about broadcasting in restricted graphs, and only a few classes have a polynomial solution. Parallel and distributed computing is one of the important domains which relies on efficient broadcasting. Hypercube and torus are the most used network topology in this domain. The widespread use is not only due to their simplicity but also is for their efficiency and high robustness (e.g., fault tolerance) while having an acceptable number of links. In this thesis, it is observed that the Cartesian product of a number of path and cycle graphs produces a valuable set of topologies, we called hyper-cylinders, which contain hypercube and Torus as well. Any hyper-cylinder shares many of the beneficial features of hypercube and torus and might be a suitable substitution in some cases. Some hyper-cylinders are also similar to other practically used topologies such as cube-connected cycles. In this thesis, the effect of the Cartesian product on broadcasting and broadcasting of hyper-cylinders under the Classical and Messy models is studied. This will add a valuable class of graphs to the limited classes of graphs which have a polynomially computable broadcast time. In the end, the relation between worst-case originators and diameters in trees is studied, which may help in the broadcast study of a larger class of graphs where any tree is allowed instead of a path in the Cartesian product

Managing scheduled routing with a high-level communications language

Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 1997.Includes bibliographical references (p. 152-156).by Christopher D. Metcalf.Ph.D

LIPIcs, Volume 274, ESA 2023, Complete Volume

LIPIcs, Volume 274, ESA 2023, Complete Volum

Efficient techniques to provide scalability for token-based cache coherence protocols

Cache coherence protocols based on tokens can provide low latency without relying on non-scalable interconnects thanks to the use of efficient requests that are unordered. However, when these unordered requests contend for the same memory block, they may cause protocols races. To resolve the races and ensure the completion of all the cache misses, token protocols use a starvation prevention mechanism that is inefficient and non-scalable in terms of required storage structures and generated traffic. Besides, token protocols use non-silent invalidations which increase the latency of write misses proportionally to the system size. All these problems make token protocols non-scalable. To overcome the main problems of token protocols and increase their scalability, we propose a new starvation prevention mechanism named Priority Requests. This mechanism resolves contention by an efficient, elegant, and flexible method based on ordered requests. Furthermore, thanks to Priority Requests, efficient techniques can be applied to limit the storage requirements of the starvation prevention mechanism, to reduce the total traffic generated for managing protocol races, and to reduce the latency of write misses. Thus, the main problems of token protocols can be solved, which, in turn, contributes to wide their efficiency and scalability.Cuesta Sáez, BA. (2009). Efficient techniques to provide scalability for token-based cache coherence protocols [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/6024Palanci

Efficient Passive Clustering and Gateways selection MANETs

Passive clustering does not employ control packets to collect topological information in ad hoc networks. In our proposal, we avoid making frequent changes in cluster architecture due to repeated election and re-election of cluster heads and gateways. Our primary objective has been to make Passive Clustering more practical by employing optimal number of gateways and reduce the number of rebroadcast packets

Proceedings of the 3rd International Workshop on Optimal Networks Topologies IWONT 2010

Peer Reviewe