并行计算机的互连网络

宋玉艳

东北空管局通信网络中心（沈阳 110000）

并行计算机的互连网络

宋玉艳

东北空管局通信网络中心（沈阳 110000）

并行计算机系统是当前计算机技术的综合，是计算机领域的发展前沿，其中的关键技术是互连网络，是影响着系统性能的瓶颈，因而对并行计算机的互连网络的研究是具有重要意义的。

并行计算机 互连网络

1 传统的分类方法

传统的并行机互连网络，主要是进行处理器、存储器和I/O设备之间的互连，传统的分类方法是：静态互连网络和动态互连网络，机群作为现代并行机系统的一种重要类型，其互连网络主要连接独立的完整的计算机节点，通常采用高速商用网络。

1.1 静态互连网络

所谓静态网络（Static NetWorks）是指处理单元间有着固定连接的一类网络，在程序执行期间，这种点和点的连接保持不变。典型的静态网络有一位线形阵列、二维网孔、树连接、超立方网格、立方环、洗牌交换网、蝶形网络。

1.2 动态互连网络

动态网络（Dynamic NetWorks）是用交换开关构成的，可按照应用程序的要求动态地改变连接组态。三个著名的动态连接是总线、交叉开关和多级互连网络。这些互连具有200 Mb/s 和100 Gb/s的数据传输速率。

1.3 机群中的互连网络

在机群系统中，特别是在工作站机群中，一般采用商用的网络来进行节点间的互连，如Myrinet、Hippi、光纤通道和FDDI环、ATM、可扩展一致性接口SCI以及以太网。以下分别简单介绍。

（1）Myrinet是由Myricom公司设计的千兆位包交换网络，目的是为了构筑计算机机群，使系统互连成为成为一种商业产品。它能假设任意拓扑结构，不必限定为开关网孔或者任何规则的机构。Myrinet支持计算机机群的应用有很大的潜力，但是，与总线县相关的主机接口在将许多各异的主机连接到Myrinet时仍有限制。

（2）HiPPI是Los Alamos国家实验室于1987年提出的一个标准，其目的是试图统一来自不同产商生产的所有大型机和超级计算机的接口，在大型机和超级计算机工业界，HiPPI作为短距离的系统到系统以及系统到外设连接的高速I/O通道。

现在，超级HiPPI技术早已开发成功，由于它提供完全不同的实现方式，因而缺乏和传统的HiPPI通道的向后兼容。

（3）光纤通道和FDDI环

光纤通道和FDDI是在多个处理器之间和处理器和外围设备之间的两种类型，两者都是为了开发光纤技术。

（4）ATM（Asynchronous Transfer Mode）

由成立于1991年的ATM论坛和ITU标准定义，起源于Telecom公司，在因特网主干线上以MAN和WAN形式出现。是一种独立于介质的消息传输协议，目的是将实时和突发数据的传输合并为单一的网络技术，支持LAN和WAN的需求。目前，大多数计算机公司都有各自的ATM组网技术，以支持企业和局域网。

ATM网络在数字电话、事务处理、分布式多媒体处理等各个方面都有很广泛的应用，尤其在电信工业，ATM实现了许多宽带ISDN服务。

（5）SCI（Scalable Coherence Interface）

它是一种既保持了总线的优点又具有传统网络空间的扩展性的标准互连结构，它将通常的底板总线扩展到全双工、点到点的互连结构，并提供分布共享存储器一致的高速缓存映像。

2 并行计算机互连网络有待研究的内容

由于并行计算机用户数量的局限，虽然互连网络走过了几十年的历程，但是发展依旧缓慢，尚有很多课题内容供我们发掘研究，包括：

（1）互连网络拓扑结构的应用开发 主要包括对已有拓扑结构的应用研究、研究新的变形结构和开发新的拓扑结构

（2）新型开关模块的研究 主要包括了开关模块的结构研究和新型材料开关的研究

（3）互连代数的研究 属于理论研究，是一项现代技术，互连函数为了表示互连网络中终点和源点之间的关系。

3 并行计算机互联网络的发展趋势

随着通信技术的发展，全光网作为一种新兴的光纤通信网技术，引起学术界广泛的关注。在这种网络中，数据由源节点到目的节点的传输和交换过程都在光域内进行，中间不存在任何光电之间的转换，从而避免了由电子器件产生的“电子瓶颈”现象．全光网具有高带宽、信号透明、兼容性好、可扩放、可重构、结构简单、可靠性高等优点。从而使得这种新兴技术成为构建互连网络的关键技术。全光互连网络也成为并行计算机的重要发展方向。

光网络是利用光纤作为传输媒介，利用光信号传输来进行信息交换的网络。光网络备受瞩目，是因为它拥有许多优点。其中大多数优点是由于采用光纤作为通信介质的缘故。具体有①较大的带宽；②较好的信号质量；③布署和维护容易；④安全性好。

全光网是在光网络的基础上发展起来的光纤通信网技术。全光网络中，数据由源节点到目的节点的传输和交换都在光域内完成，中间不使用任何光电转换器。全光网具有高带宽、信号透明、兼容性好、可扩放、可靠性高等优点。为了充分利用全光网中的高带宽，在光纤中根据波长的不同将光纤的带宽分成多个不重叠的波长通道，任两个相邻的通道间留有一定的间隔频段以避免信号间的串扰。每个波长通道的传输速率与电子设备和光传输器/接收器的速率相匹配。这就是波分复用（wavelength division multiplex，简称WDM）。尽管现在基于波分复用技术的全光网还没有达到完全实用化，但是基于WDM技术的全光网己成为了通信网络研究的重要方向。

虽然采用波分复用技术的全光网中存在多个不同波长的通信信道，但是由于受到目前技术的限制，一根光纤中可以容纳的波长数是有限的，所以波长就成为光网中的一种重要的资源。如何充分利用已有的波长仍是全光网研究中的一个重要问题。

[1]陈国良,吴俊敏,章锋等.并行计算机体系结构.北京:高等教育出版社,2002.

[2]Jose ,Duato Sudhakar Yalamanchili,Lionel Ni 并行计算机互连网络技术——一种工程方法.北京:电子工业出版社,2004.

[3]李文兵,裴伟东,马燕.大规模并行处理机的互连网络初探.天津师大学报,2000（3）.

文婷）