Hypergraph-Based Interconnection Networks for Large Multicomputers

This thesis deals with issues pertaining to multicomputer interconnection networks namely topology, technology, switching method, and routing algorithm. It argues that a new class of regular low-dimensional hypergraph networks, the distributed crossbar switch hypermesh (DCSH), represents a promising alternative high-performance interconnection network for future large multicomputers to graph networks such as meshes, tori, and binary n-cubes, which have been widely used in current multicomputers. Channels in existing hypergraph and graph structures suffer from bandwidth limitations imposed by implementation technology. The first part of the thesis shows how the low-dimensional DCSH can use an innovative implementation scheme to alleviate this problem. It relies on the separation of processing and communication functions by physical layering in order to accommodate high wiring density and necessary message buffering, improving performance considerably. Various mathematical models of the DCSH, validated through discrete-event simulation, are then introduced. Effects of different switching methods (e.g., wormhole routing, virtual cut-through, and message switching), routing algorithms (e.g., restricted and random), and different switching element designs are investigated. Further, the impact on performance of different communication patterns, such as those including locality and hot-spots, are assessed. The remainder of the thesis compares the DCSH to other common hypergraph and graph networks assuming different implementation technologies, such as VLSI, multiple-chip technology, and the new layered implementation scheme. More realistic assumptions are introduced such as pipeline-bit transmission and non-zero delays through switching elements. The results show that the proposed structure has superior characteristics assuming equal implementation cost in both VLSI and multiple-chip technology. Furthermore, optimal performance is offered by the new layered implementation

DESIGN OF EFFICIENT PACKET MARKING-BASED CONGESTION MANAGEMENT TECHNIQUES FOR CLUSTER INTERCONNECTS

El crecimiento de los computadores paralelos basados en redes de altas prestaciones ha aumentado el interés y esfuerzo de la comunidad investigadora en desarrollar nuevas técnicas que permitan obtener el mejor rendimiento de estas redes. En particular, el desarrollo de nuevas técnicas que permitan un encaminamiento eficiente y que reduzcan la latencia de los paquetes, aumentando así la productividad de la red. Sin embargo, una alta tasa de utilización de la red podría conllevar el que se conoce como "congestión de red", el cual puede causar una degradación del rendimiento. El control de la congestión en redes multietapa es un problema importante que no está completamente resuelto. Con el fin de evitar la degradación del rendimiento de la red cuando aparece congestión, se han propuesto diferentes mecanismos para el control de la congestión. Muchos de estos mecanismos están basados en notificación explícita de la congestión. Para este propósito, los switches detectan congestión y dependiendo de la estrategia aplicada, los paquetes son marcados con la finalidad de advertir a los nodos origenes. Como respuesta, los nodos origenes aplican acciones correctivas para ajustar su tasa de inyección de paquetes. El propósito de esta tesis es analizar las diferentes estratégias de detección y corrección de la congestión en redes multietapa, y proponer nuevos mecanismos de control de la congestión encaminados a este tipo de redes sin descarte de paquetes. Las nuevas propuestas están basadas en una estrategia más refinada de marcaje de paquetes en combinación con un conjunto de acciones correctivas justas que harán al mecanismo capaz de controlar la congestión de manera efectiva con independencia del grado de congestión y de las condiciones de tráfico.Ferrer Pérez, JL. (2012). DESIGN OF EFFICIENT PACKET MARKING-BASED CONGESTION MANAGEMENT TECHNIQUES FOR CLUSTER INTERCONNECTS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/18197Palanci

Mechanisms for efficient, protected messaging

Thesis (Ph.D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 1999.Includes bibliographical references (p. 143-149).by Whay Sing Lee.Ph.D

A bibliography on parallel and vector numerical algorithms

This is a bibliography of numerical methods. It also includes a number of other references on machine architecture, programming language, and other topics of interest to scientific computing. Certain conference proceedings and anthologies which have been published in book form are listed also

Performance and Analysis of Segmented Multiple Bus Systems.

The dissertation introduces a new class of bus-based systems called the Segmented Multiple Bus System (SMBS). One of the unique characteristics of the SMBS is that it allows the exploitation of memory reference locality even though it is a bus-based nondirect network. This comes from the architectural interconnection feature that the SMBS can be viewed as a large-scale multiple bus system (MBS) that has been partitioned into smaller partitions called segments. Each such segment is in effect a small conventional MBS whose size is chosen so as to avoid bus loading problems. The SMBS overcomes the architectural limitations of bus-based shared memory systems while maintaining their advantages in terms of high degree of fault tolerance, ease of expansion and ease of programming. In addition SMBS\u27s are scalable; unlike conventional MBS\u27s. Another interesting feature of the SMBS is that it supports wormhole routing which is traditionally used in direct network topologies. We develop performance models to study the SMBS with wormhole routing. Ours is the first attempt to adapt wormhole routing to a bus-based nondirect network. In our performance modeling, features of both direct and nondirect networks are incorporated. We include the effect of blocking and pipelining properties of wormhole routing in the analysis. The bus group of each segment is modeled as a flow equivalent service center which represents a load dependent service center. Two performance models, one assuming single flit buffers and the other assuming infinite flit buffers at segment switches, are developed. Using approximate Mean Value Analysis, we evaluate performance in terms of processing efficiency and request response time. We also simulate the two models without applying any approximations. We report comparisons of analytical results with simulation results to support the accuracy and appropriateness of our new and novel performance models. The results demonstrate good match between simulation and analytical results and show good scalability for the SMBS. The approach we adopt in developing the models is comprehensive in the sense that the models incorporate features of both direct and nondirect networks. This makes our models easily adaptable to several other network topologies

An empirical evaluation of techniques for parallel simulation of message passing networks

209 p.[EN]In the field of computer design, simulation is an essential tool to validate and evaluate architectural proposals. Conventional simulation techniques, designed for their use in sequential computers, are too slow if the system to simulate is large or complex. The aim of this work is to search for techniques to accelerate simulations exploiting the parallelism available in current, commercial multicomputers, and to use these techniques to study a model of a message router. This router has been designed to constitute the communication infrastructure of a (hypothetical) massively parallel computer. Three parallel simulation techniques have been considered: synchronous, asynchronous-conservative and asynchronous-optimistic. These algorithms have been implemented in three multicomputers: a transputer-based Supernode, an Intel Paragon and a network of workstations. The influence that factors such as the characteristics of the simulated models, the organization of the simulators and the characteristics of the target multicomputers have in the performance of the simulations has been measured and characterized. It is concluded that optimistic parallel simulation techniques are not suitable for the considered kind of models, although they may provide good performance in other environments. A network of workstations is not the right platform for our experiments, because the communication demands of the parallel simulators surpass the abilities of local area networks—the granularity is too fine. Synchronous and conservative parallel simulation techniques perform very well in the Supernode and in the Paragon, specially if the model to simulate is complex or large—precisely the worst case for traditional, sequential simulators. This way, studies previously considered as unrealizable, due to their exceedingly high computational cost, can be performed in reasonable times. Additionally, the spectrum of possibilities of using multicomputers can be broadened to execute more than numeric applications.[ES]En el ámbito del diseño de computadores, la simulación es una herramienta imprescindible para la validación y evaluación de cualquier propuesta arquitectónica. Las ténicas convencionales de simulación, diseñadas para su utilización en computadores secuenciales, son demasiado lentas si el sistema a simular es grande o complejo. El objetivo de esta tesis es buscar técnicas para acelerar estas simulaciones, aprovechando el paralelismo disponible en multicomputadores comerciales, y usar esas técnicas para el estudio de un modelo de encaminador de mensajes. Este encaminador está diseñado para formar infraestructura de comunicaciones de un hipotético computador masivamente paralelo. En este trabajo se consideran tres técnicas de simulación paralela: síncrona, asíncrona-conservadora y asíncrona-optimista. Estos algoritmos se han implementado en tres multicomputadores: un Supernode basado en Transputers, un Intel Paragon y una red de estaciones de trabajo. Se caracteriza la influencia que tienen en las prestaciones de los simuladores aspectos tales como los parámetros del modelo simulado, la organización del simulador y las características del multicomputador utilizado. Se concluye que las técnicas de simulación paralela optimista no resultan adecuadas para trabajar con el modelo considerado, aunque pueden ofrecer un buen rendimiento en otros entornos. La red de estaciones de trabajo no resulta una plataforma apropiada para estas simulaciones, ya que una red local no reúne condiciones para la ejecución de aplicaciones paralelas de grano fino. Las técnicas de simulación paralela síncrona y conservadora dan muy buenos resultados en el Supernode y en el Paragon, especialmente si el modelo a simular es complejo o grande—precisamente el peor caso para los algoritmos secuenciales. De esta forma, estudios previamente considerados inviables, por ser demasiado costosos computacionalmente, pueden realizarse en tiempos razonables. Además, se amplía el espectro de posibilidades de los multicomputadores, utilizándolos para algo más que aplicaciones numéricas.Este trabajo ha sido parcialmente subvencionado por la Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología, bajo contrato TIC95-037

Hardware/Software Co-design for Multicore Architectures

Siirretty Doriast

Efficient mechanisms to provide fault tolerance in interconnection networks for pc clusters

Actualmente, los clusters de PC son un alternativa rentable a los computadores paralelos. En estos sistemas, miles de componentes (procesadores y/o discos duros) se conectan a través de redes de interconexión de altas prestaciones. Entre las tecnologías de red actualmente disponibles para construir clusters, InfiniBand (IBA) ha emergido como un nuevo estándar de interconexión para clusters. De hecho, ha sido adoptado por muchos de los sistemas más potentes construidos actualmente (lista top500). A medida que el número de nodos aumenta en estos sistemas, la red de interconexión también crece. Junto con el aumento del número de componentes la probabilidad de averías aumenta dramáticamente, y así, la tolerancia a fallos en el sistema en general, y de la red de interconexión en particular, se convierte en una necesidad. Desafortunadamente, la mayor parte de las estrategias de encaminamiento tolerantes a fallos propuestas para los computadores masivamente paralelos no pueden ser aplicadas porque el encaminamiento y las transiciones de canal virtual son deterministas en IBA, lo que impide que los paquetes eviten los fallos. Por lo tanto, son necesarias nuevas estrategias para tolerar fallos. Por ello, esta tesis se centra en proporcionar los niveles adecuados de tolerancia a fallos a los clusters de PC, y en particular a las redes IBA. En esta tesis proponemos y evaluamos varios mecanismos adecuados para las redes de interconexión para clusters. El primer mecanismo para proporcionar tolerancia a fallos en IBA (al que nos referimos como encaminamiento tolerante a fallos basado en transiciones; TFTR) consiste en usar varias rutas disjuntas entre cada par de nodos origen-destino y seleccionar la ruta apropiada en el nodo fuente usando el mecanismo APM proporcionado por IBA. Consiste en migrar las rutas afectadas por el fallo a las rutas alternativas sin fallos. Sin embargo, con este fin, es necesario un algoritmo eficiente de encaminamiento capaz de proporcionar suficientesMontañana Aliaga, JM. (2008). Efficient mechanisms to provide fault tolerance in interconnection networks for pc clusters [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/2603Palanci

Management: A bibliography for NASA managers

This bibliography lists 731 reports, articles and other documents introduced into the NASA Scientific and Technical Information System in 1990. Items are selected and grouped according to their usefulness to the manager as manager. Citations are grouped into ten subject categories: human factors and personnel issues; management theory and techniques; industrial management and manufacturing; robotics and expert systems; computers and information management; research and development; economics, costs and markets; logistics and operations management; reliability and quality control; and legality, legislation, and policy