基于Fat-tree结构的高性能计算机网络仿真平台研究与设计

发布时间：2020-03-22 06:10

【摘要】：高性能计算机技术对国民经济各个领域都有着重要的促进作用,已经成为国家科技实力的重要象征。高性能计算机系统包含了网络拓扑、路由器、计算和存储等主要功能模块,涉及了路由算法、流控机制等策略和算法,其仿真器的设计对系统的更新和升级十分关键。本文搭建了高性能计算机网络仿真平台HPCSim,该仿真平台包括了自动化仿真组件PySim,基于OMNeT++的离散事件仿真器以及数据可视化工具PyVisual。本文在仿真平台搭建中引入了硅光互联技术并建立了硅光链路模型,该技术相对于传统电互联技术具有更高的通信密度,更低的功耗和更远的传输距离。在路由器建模上,本文实现了基准路由器,并提出了针对全缓存路由器结构的优化方法,在减少路由器流水线级数的同时,还降低了交叉开关缓存的开销,除此之外还设计了类似天河2号路由器结构的层次化路由器,优化了交叉开关缓存结构。本文还实现了通用Fat-tree网络模型以及天河2号互联网络模型,并提出了根据路由器负载选择路由路径的自适应路由算法。本文在搭建的仿真平台上仿真并分析了各种网络模块结构以及网络配置对高性能计算机性能的影响,基于仿真结果得出所设计的全缓存路由器和层次化路由器相对于基准路由器在均匀注入下有20%的吞吐率提升,且所构建的Fat-tree网络和天河2号网络最大能够达到95%的吞吐率,并且本仿真平台的仿真结果与其他仿真平台相比,最大误差在11%以内。
【图文】：

上海交通大学硕士学位论文为可视化工具，它通过分析网络仿真的结果生成可视化的数据，用于验证和分析网络模块的功能和性能。MARS 为离散事件仿真器，它有两个关键的组件，分别为计算节点模型和互联网络模型，其中计算节点模型通过分析 Dimemas 提供的MPI 流量或利用内置人工流量生成模块来产生网络流量，而网络模型包括了网络路由器和网络拓扑，它们描述了数据传输的路径和流控策略。

图 2-9 NRC 路由器结构[4]Fig. 2-9 Structure of NRC天河 2 号的 NRC 每个端口都连接了一个双向的通道，其中每个方向的通路包括了 8 路的 SerDes，，每路 SerDes 的带宽为 14Gbps，因此每个端口的单向带宽为112Gbps，双向带宽为 224Gbps，路由器的双向总带宽为 5.376Tbps。数据包进入与瓦片相连的端口后，通过路由计算得到输出端口，并获得输出端口所在一列和输入端口所在行的交叉的瓦片，然后把数据包发送到交叉瓦片的输入缓存中，数据包通过交叉瓦片的输入缓存和交叉开关到达交叉瓦片的输出缓存中，输出端口的 4 选 1 多路选择器选通交叉点瓦片的输出缓存，将其中的数据包发送到输出端口，从而完成数据从输入端口到输出端口的整个过程。NRC24portNRC24port12portNRC12portNRC12portNRC12portNRC
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP38

【参考文献】

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1 胡农达;王达伟;孙凝晖;;胖树中的分布式动态容错路由[J];计算机学报;2010年10期

2 王达伟;曹政;刘新春;游定山;孙凝晖;;高性能互联网络交换机研究与设计[J];计算机研究与发展;2008年12期

本文编号：2594621