[发明专利]扩展型互连网络的拓扑结构及其路由方法

说明书

本发明提供一种扩展型互连网络及其路由算法。所述扩展型互连网络包括：基本互连网络和附加的I/O子网，其中，基本互连网络由多个通用交换机采用标准拓扑结构互连而成；附加的I/O子网包括至少一个Plus交换机，各Plus交换机通过HyperPort端口分别与各自对应的基本互连网络中的通用交换机的HyperPort端口连接，建立HyperPort链路，各Plus交换机除HyperPort端口以外的其他端口用于连接I/O节点。本发明能够满足计算密集型应用的计算需求，同时兼容I/O密集型应用的特殊应用场景。

技术领域

本发明涉及高性能计算的互连网络技术领域，尤其涉及一种扩展型互连网络的拓扑结构及其路由方法。

背景技术

典型的高性能计算的应用是以计算密集型应用为主，例如洋流模拟，科学计算等。计算密集型任务的特点是要进行大量的计算，消耗CPU资源，比如计算圆周率、对视频进行高清解码等等，全靠CPU的运算能力。

高性能计算的应用负载普遍具有局部性特征：空间局部性和(或)时间局部性。通信局部性对计算效率有着重要影响。直接网络允许对通信局部性有效利用，相对间接网络更具有优势，例如Mesh网格比较适合具有通信局部性的应用，但网络直径较大，传输延迟高。Torus网络在Mesh网络的基础上增加环回链路来压缩网络直径，进一步提升性能，而且结构对称，具有较好的可扩展性。3D Torus(3维环绕)网络曾经在高性能互连领域占据主导地位,例如Cray的T3D/T3E系列。但是随着高性能计算的飞速发展，系统规模越来越大，对互连网络的要求也提出严峻的挑战，提升网络维度可有效压缩网络直径，提升网络性能。因此，高维度互连网络成为了主流趋势，如高维度Torus网络。对于n维Torus网络，每个维度有正负2个方向，每个维度最少需要2个交换机端口用于互连。因此，共需要2n个端口，对于具有m个端口的商用交换机来说，剩余的(m-2n)个端口可以连接计算节点。如果每个维度的基数分别为K₁,K₂…K_n，则n维Torus网络可提供K₁×K₂×...×K_n×(m-n)个计算节点，网络的可扩展性非常好，具有极强的互连能力。例如，基于24端口的低端交换机。仅需12个端口就可构造6维Torus网络，每个交换机还可连接12个计算节点，压缩比为1:1。对于结构为[8,8,8,6,6,6]的6DTorus拓扑，网络可连接110592个交换机，系统可连接1327104个计算节点。基于廉价的低端口商用交换机即可构建百万计算节点规模的系统，可完全满足E级计算的互连需求。

但是随着技术进步，大数据、人工智能等新技术的迅猛发展，大量的I/O密集型应用对高性能计算的需求越来越大，例如，证券交易、实时航空预定、搜索引擎、在线游戏、关系型数据库、WEB应用等——交易越密集，对IOPS(每秒多少次输入/输出处理请求)要求越高。这类任务的特点是CPU消耗很少，由于IO的速度远远低于CPU和内存的速度，因此任务的大部分时间都在等待IO操作完成。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下技术问题：

现有的高性能计算Torus网络的拓扑结构只能满足计算密集型应用的需求，无法兼容I/O密集型应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种扩展型互连网络的拓扑结构及其路由方法，能够满足计算密集型应用的计算需求，同时兼容I/O密集型应用的特殊应用场景。

第一方面，本发明提供一种扩展型互连网络的拓扑结构，包括：基本互连网络和附加的I/O子网，其中，

所述基本互连网络由多个通用交换机采用标准拓扑结构互连而成；