[发明专利]一种超级计算机中的光互连网络系统及通信方法

说明书

本发明公开了一种超级计算机中的光互连网络系统及通信方法，本发明的系统包括全局光交换机、阵列电交换机和电路由器。每8台电路由器互连为一个立方体状的计算簇，c个计算簇组成一个超级计算节点；k个超级计算节点，8台阵列电交换机和1台全局光交换机组成一个超级计算阵列；M个超级计算阵列全互连组成网络系统。本发明的方法利用电分组交换和光电路交换两种交换机制，实现了全局光交换机、阵列电交换机和电路由器之间的通信。本发明具有较高的网络可扩展性，提高了链路利用率，支持不同交换机制，降低了网络的拥塞。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及互连网络通信技术领域中的一种超级计算机中的光互连网络系统及通信方法。本发明采用了光电路交换机OCS(Optical CircusSwitch)与电分组交换机混合互连的网络拓扑结构，同时通过连接规则和优化的波分复用通信方法，组成了一个光互连的超级计算机互连网络系统，同时实现了光电路交换和电分组交换的混合交换方式，满足不同高性能计算应用的流量业务需求。

背景技术

随着社会经济发展对高性能计算资源的需求越来越高，超级计算机的计算性能正在向E(10¹⁸flops)级发展，为满足性能的提升，超级计算机将拥有数十万节点的规模。因此互连系统对超级计算机的性能提升有着关键作用。传统的电互连技术受限于高频率下的信号干扰和高能耗等问题，难以为超级计算机提供高带宽低能耗的互连系统。

由于光互连本身具有高带宽和低能耗的特性，因此光互连网络成为研究人员所关注的焦点。但现存的光互连网络存在以下两点问题：第一，光互连网络性能的发挥需要良好的拓扑结构支持，光互连网络采用集中式架构，整个网络的规模严重受限于核心光交换机的端口数目，网络的可扩展性不高；第二，光互连网络一般采用光电路交换机制，但缺少有效的方案解决光电路交换带宽资源利用率不高的问题，甚至高性能计算中的一些应用流量操作是光电路交换无法支持的，因此网络性能无法得到有效的提高。

西安电子科技大学拥有的专利技术“基于超立方簇的数据中心光互连网络系统及通信方法”(申请号201210133164.2，授权公告号CN 1026384114B，公开日为2012.08.15)中公开了一种基于超立方簇的数据中心光互连网络系统及通信方法。该专利技术的系统包括P台架顶光交换机，P台架顶电交换机和P×h台服务器。每台架顶电交换机连接u台服务器和一台架顶光交换机构成网络基本单元，m个基本单元通过架顶光交换机互连成基于超立方拓扑的簇形结构，r个簇进一步通过架顶光交换机互连成环形拓扑结构。该专利技术系统的不足之处是：网络的拓扑结构提供的互连端口较少，系统的可扩展性受限；顶层环形结构的对分带宽较低，系统的通信时延较高，会出现网络阻塞严重的问题。