High-Performance, Low-Complexity Deadlock Avoidance for Arbitrary Topologies/Routings

Recently, the use of graph-based network topologies has been proposed as an alternative to traditional networks such as tori or fat-trees due to their very good topological characteristics. However they pose practical implementation challenges such as the lack of deadlock avoidance strategies. Previous proposals are either exceedingly complex, underutilise network resources or lack flexibility. We propose- and prove formally- three generic, low-complexity dead-lock avoidance mechanisms that only require local information. The main strengths of our method are its topology- and routing- independence and that the virtual channel count is bounded by the length of the longest path. We evaluate our proposed mechanisms against previous proposals through an extensive simulation study to measure the impact on the performance using both synthetic and realistic traffic. First we compare against a well-known HPC mechanism for dragonfly and achieved similar performance level. Then we moved to Graph-based networks and show that our mechanisms can greatly outperform traditional, spanning-tree based mechanisms, even if these use a much larger number of virtual channels. Overall, we find that our proposal provides a simple, flexible and high performance deadlock-avoidance solution

Boosting Ethernet Performance by Segment-Based Routing

Ethernet is turning out to be a cost-effective solution for building Cluster networks offering compatibility, simpli-city, high bandwidth, scalability and a good performance-to-cost ratio. Nevertheless, Ethernet still makes inefficient use of network resources (links) and suffers from long fail-ure recovery time due to the lack of a suitable routing algo-rithm. In this paper we embed an efficient routing algorithm into 802.3 Ethernet technology, making it possible to use off-the-shelf equipment to build high-performance and cost-effective Ethernet clusters, with an efficient use of link band-width and with fault tolerant capabilities. The algorithm, referred to as Segment-Based Routing (SR), is a determinis-tic routing algorithm that achieves high performance with-out the need for virtual channels (not available in Ether-net). Moreover, SR is topology agnostic, meaning it can be applied to any topology, and tolerates any combination of faults derived from the original topology when combined with static reconfiguration. Through simulations we ver-ify an overall improvement in throughput by a factor of 1.2 to 10.0 when compared to the conventional Ethernet rou-ting algorithm, the Spanning Tree Protocol (STP), and other topology agnostic routing algorithms such as Up*/Down* and Tree-based Turn-prohibition, the last one being recently proposed for Ethernet.

Segment-based routing: an efficient fault-tolerant routing algorithm for meshes and tori

Computers get faster every year, but the demand for computing resources seems to grow at an even faster rate. Depending on the problem domain, this demand for more power can be satisfied by either, massively parallel com-puters, or clusters of computers. Common for both ap-proaches is the dependence on high performance intercon-nect networks such as Myrinet, Infiniband, or 10 Giga-bit Ethernet. While high throughput and low latency are key features of interconnection networks, the issue of fault-tolerance is now becoming increasingly important. As the number of network components grows so does the probabil-ity for failure, thus it becomes important to also consider the fault-tolerance mechanism of interconnection networks. The main challenge then lies in combining performance and fault-tolerance, while still keeping cost and complexity low. This paper proposes a new deterministic routing method-ology for tori and meshes, which achieves high performance without the use of virtual channels. Furthermore, it is topol-ogy agnostic in nature, meaning it can handle any topol-ogy derived from any combination of faults when combined with static reconfiguration. The algorithm, referred to as Segment-based Routing (SR), works by partitioning a topol-ogy into subnets, and subnets into segments. This allows us to place bidirectional turn restrictions locally within a seg-ment. As segments are independent, we gain the freedom to place turn restrictions within a segment independently from other segments. This results in a larger degree of freedom when placing turn restrictions compared to other routing strategies. In this paper a way to compute segment-based routing tables is presented and applied to meshes and tori. Evalua-tion results show that SR increases performance by a factor of 1.8 over FX and up*/down * routing. ∗This work was supported by the Spanish CICYT under Gran

Energisparepotensialet i bygg fram mot 2030 og 2050 – Hva koster det å halvere energibruken I bygningsmassen?

I Energikommisjonens rapport "Mer av alt – raskere" beskrives et økt behov for fornybar energi til elektrifisering av transport og ny industri for å nå klimamålene, og et ambisiøst mål om energi-effektivisering i byggsektoren i størrelsesorden 15–20 TWh innen 2030. EU har ambisiøse mål for klimakutt og energieffektivisering, og bruker "Energy Efficiency First" som gjennomgående prinsipp i utformingen av direktiver. Flere virkemidler er rettet mot bygningssegmentet for å bidra til å redusere energibruken de neste årene. For å nå målet om 55 % reduksjon av utslippene innen 2030, har Europakommisjonen anslått at klimagassutslippene fra bygninger må kuttes med 60 %, sluttbruk av energi i bygg må kuttes med 14 % innen 2030, i forhold til 2015-nivå. Disse målsettingene er i tråd med det vi foreslår i denne rapporten. Det er et betydelig potensial for energieffektivisering i bygningsmassen, men dette potensialet vil ikke utløses "av seg selv". I denne studien bruker vi RE-BUILDS-modellen til å estimere potensialet for energieffektivisering i den norske bygningsmassen mot 2050. Vi ser på to scenarioer, der Baseline scenario antar at videre utvikling fortsatt følger dagens trender for energinivå på nye og rehabiliterte bygg og bruk av ulike oppvarmingsteknologier i de forskjellige segmentene av bygningsmassen. Ultra grønn-scenarioet ser på hva som er realistisk potensial for energieffektivisering, med svært ambisiøs oppgradering av energinivå ved nybygg og rehabilitering, omlegging til den mest energieffektive oppvarmingsteknologien og bruk av solceller på bygg. Energibehov i de ulike segmentene av bygnings-massen er beregnet ved hjelp av PROFet-verktøyet, en aggregert, klimaavhengig lastprofilmodell som lager lastprofiler for energibehov for 11 ulike bygningskategorier og tre energinivåer. Baseline scenario viser at en fortsettelse av dagens trender fører til at samlet tilført energi øker med 2 TWh fra 2020 til 2030 og med 4 TWh fra 2020 til 2050. Økningen skyldes at bygningsmassen vokser, og at bedringen i energinivå ikke fullt ut klarer å kompensere for denne økningen. I dette scenarioet er omfanget av solstrøm neglisjerbart, og tilført energi er derfor lik levert energi. Kjøpt elektrisitet øker med 3 TWh fra 2020 til 2050. Ultra grønn-scenarioet viser at samlet levert energi reduseres med 13 TWh (15 %) fra 2020 til 2030 og med 40 TWh (48 %) fra 2020 til 2050. I samme perioder reduseres kjøpt elektrisitet med henholdsvis 13 TWh (19 %) og 42 TWh (60 %). Reduksjonen er et resultat av svært ambisiøse tiltak som fører til betydelig bedring i gjennomsnittlig energinivå, bruk av best tilgjengelig oppvarmingsteknologi, reduk-sjon i el-spesifikt energibehov og maksimal bruk av solstrøm. Solstrømsproduksjonen er på 4 TWh i 2030 og 12,5 TWh i 2050. Scenarioet antar optimal bruk av smarte styringssystemer, slik at i 2050 er 10 TWh av solstrømmen egenbruk og 2,5 TWh blir eksportert ut på nettet (beregnet på timebasis). Ultra grønn-scenarioet viser at det er et stort og viktig potensial for energisparing i bygningsmassen. Forskjellen mellom de to scenarioene viser imidlertid at potensialet ikke vil utløses ved en fortsettelse av dagens trender. Det er behov for å innføre virkemidler for å styre utviklingen i ønsket retning slik at bygningsmassen kan avlaste energisystemet. Vi har definert tiltakspakker for energieffektivisering for både nybygg og eksisterende bygg, for ulike bygningskategorier. Disse tiltakspakkene er kostnadsestimert og lønnsomhetsvurdert, og basert på dette har vi vurdert hvor mye støtte som må til for at tiltakene blir gjennomført. For definerte tiltaksnivåer for både nybygg og eksisterende bygg er det forutsatt teknologinøytralitet. Det vil si at nivåene kan nås med ulike kombinasjoner av passive tiltak på bygningskroppen (for eksempel isolasjon), tiltak når det gjelder tekniske installasjoner (for eksempel ventilasjon), termisk energiforsyning (for eksempel varmepumper) og lokal produsert strømproduksjon på bygget (for eksempel solceller). Det er beregnet at totale merkostnader for energitiltakene på både nye og eksisterende bygg for alle bygningskategorier vil ligge på ca. 18 milliarder NOK per år. Dette er fordelt med litt over 50 % på småhus og resten på leilighetsbygg og yrkesbygg. Videre har vi beregnet at for å få utløst potensialet i Ultra grønn-senarioet er det behov for støtte på 4–5 milliarder per år. Støttebeløpet kan trolig reduseres etter hvert som løsninger og teknologi blir bedre og mer kostnadseffektiv. Dette er betydelig mye mer enn det som gis i støtte til energieffektivisering i dag, men må ses i lys av alternativene vi har for å løse klimamålsetningene vi har satt og energi-underskuddet vi går mot. Vi foreslår ti tiltak og virkemidler for å utløse energisparepotensialet i eksisterende bygg og nybygg. De fem første vurderes som helt avgjørende for at potensialet som er beregnet skal utløses: • Klare mål som er langsiktige, konkrete, forpliktende og etterprøvbare, og som følges opp slik at tiltak og virkemidler kan justeres for å sikre at målene oppnås. • Tilskudd som dekker 30–35 % av beregnet merkostnad for ambisiøse tiltakspakker for nye og eksisterende bygg. • Grønne lån som finansierer de siste 2/3 av investeringene, særlig for de med liten til moderat investeringsevne. • Samordning av byggeforskrifter (TEK), energimerking (EMS) og Taksonomien slik at de bruker beregningspunktet levert energi eller tilsvarende, og at beregningene gjøres så realistiske at de kan sammenlignes med målt energibruk. • Trinnvis skjerping av krav i teknisk forskrift (TEK) hvert femte år. Vi har i denne rapporten også foreslått fem virkemidler som vi anbefaler at myndighetene utreder og vurderer på sikt: en egen forskrift ved rehabilitering av bygg (Rehab-TEK), energiforpliktelser for nettselskapene, netto tariff for bygg med eksport av solstrøm, nasjonalt og regionalt måleverktøy for energieffektivisering i bygningsmassen og nabodeling av elektrisk energi i energinabolag. Frigjøringen av energi og elektrisitet som beregnet i denne rapporten vil føre til langt mindre inngrep i naturen, redusere behovet for nettutbygging betydelig og være en tilnærmet konfliktfri løsning sammen-liknet med mange av alternativene. Dette vil også gjøre at den enkelte boligeier og byggherre kan bidra til å løse klima- og energiutfordringen samtidig som de gjør byggene sine mer energirobuste og øker byggenes verdi.publishedVersio

Ethernet as a lossless deadlock free system area network

Abstract. The way conventional Ethernet is used today differs in two aspects from how dedicated system area networks are used. Firstly, dedicated system area networks are lossless and only drop frames when bit errors occur, while conventional Ethernet drop frames whenever congestion occur. Secondly, these networks are either deadlock free or use mechanisms which avoids deadlock situations, while still using all available links. Ethernet avoids deadlocks by using a spanning tree protocol which turns any topology into a tree. A drawback of this approach is that we are left with a lot of unused links and thus wasting resources. In this paper we describe how to obtain a lossless deadlock free network with the best possible performance, while adhering to the current Ethernet standard and using off-the-shelf Ethernet equipment. We achieve this by introducing flow control in all network nodes and by taking control over the routing algorithm. Also, we use TCP to illustrate the effect of flow control on higher layer protocols. Through simulations we verify the following tree improvements. Firstly, the activation of flow control turns Ethernet into a lossless network. Secondly, taking control over the routing algorithm allows us to build any topology without the limitations of the spanning tree protocol. And thirdly, an overall improvement in throughput is achieved by combining these enhancements.

Applying the DiffServ Model on Cut-through Networks

Understanding the nature of traffc in high-speed communication systems is essential for achieving QoS in these networks. A first step towards this goal is understanding how basic QoS mechanisms work and affects the network predictability before we introduce more complex mechanisms such as admission control. In this paper we analyse the effect of a Diff Serv inspired QoS concept applied to virtual cut-through networks. The main findings from our study are that (i) throughput di#erentiation can be achieved by weighting of virtual lanes (VL) and by classifying VLs as either low or high priority, (ii) the balance between VL weighting and VL load is not crucial when the network is operating below the saturation point, (iii) jitter, however, is large and good jitter characteristics seems unachievable with such a relative scheme