第34卷34 No. 21 No. 21 Computer Engineering Computer Engineering物品编号: 1000-3428(2008)21-0255-04文档标识号: A 2008年11月2008年11月中文图书馆分类号: TP303开发研究与设计技术的超级计算机多层体系结构抽象与描述刘辉，蒋烈辉，周武明，赵钊，王颖(信息工程大学信息工程学院，郑州450002)摘要: 超级计算机系统发展迅速，不仅速度随着时间的推移而变化. 如今，它的结构也变得越来越复杂和多样化. 为了准确有效地描述超级计算机的结构，给出了统一的描述方法，并提出了超级计算机的多层架构思想. 它为超级计算机的进一步逻辑抽象或它们的的准备提供了基础，并且在超级计算机系统的设计中具有一定的指导作用. 关键字: 超级计算机；多层架构；计算层次；计算组件多层计算机的多层结构摘要与描述刘辉，姜烈辉，周武明，赵钊，王颖(信息工程大学信息工程学院，郑州450002)[摘要]超级计算机的发展不仅速度日新月异，而且结构变得越来越复杂和多样化.

为了正确，有效地描述超级计算机的结构，并给出统一的描述方法，提出了超级计算机的多层次结构和描述. 它可以进一步对超级计算机模拟器进行抽象或编程，并有助于设计超级计算机系统. 【关键词】超级计算机；多层次结构；计算水平；计算component1性能分析和预测是超级计算机研究的重要方面，而模拟器在性能分析和预测中起着重要作用. 当前，尽管有多处理器，多核处理器的全系统模拟器(例如共享内存多处理器模拟器MulSim [1]，基于Loongson CPU的多核全系统模拟器SimOS-Goodson [2])，但这是超级的关于计算机模拟器的研究很少.

本文提出的超级计算机的多层体系结构思想和描述方法可以为超级计算机模拟器提供超级计算机的结构信息，并且具有不同结构的各种超级计算机具有相同的描述格式，并且这些格式超级计算机的结构信息为模拟器的可扩展性提供了良好的基础. 概述22.1超级计算机多层体系结构抽象的定义和分析2007年6月，ISC07(国际超级计算机大会)宣布了第29届TOP500超级计算机的名单. 与上一次相比，该排名的前10名几乎完全被洗牌了. 美国能源部劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)安装的IBM Blue Gene / L系统继续保持第一的位置，另外2个. 新的blue gene / L组也进入了前十名. 在2002年的榜首，地球模拟器排名第20 [3]. 下面分析这两个系统. Blue Gene使用两个嵌入式IBM PP40处理核心形成一个节点，总共有65,536个计算节点和1,024个IO节点[4]，使用五个互连网络将这些60,000多个节点连接到一个完整的地球中，地球模拟器使用共享内存并行矢量系统体系结构，每个节点包含8个矢量处理器，整个系统具有640个处理器节点，16个处理器节点组成一个集群，共有40个集群，并且40个集群相互连接，形成一个由集群组成的集群，因此地球模拟器是一个两层集群系统，称为超级集群系统[5].

在地球模拟器中，第一级集群和第二级集群共享一个640×640交叉开关以进行互连. 这是多层体系结构中的两个重要定义. 定义1计算组件计算组件是能够执行完整程序的组件. 根据定义，现代多核处理器中的处理器核心是计算组件，因为如果程序及其所有数据存储在处理器核心内部的高速缓存中，则处理器核心可以完全执行该程序. 因此，在蓝色基因/ L中，其不同粒度的计算组件为: PowerP40处理核心，计算节点和I / O节点，蓝色基因/ L系统本身. 对于地球模拟器，其具有不同粒度的计算组件是: 矢量处理器，处理器节点，主群集和超级群集. 定义2计算级别计算级别是一个计算组件，由相互连接的，粒度较小的计算组件组成. 结合定义1，可以看出计算组件是嵌套的递归概念-小粒度计算组件可以构成大粒度计算组件. 此较大粒度的计算组件也称为计算层次结构. 利用计算组件和计算层次这两个概念，可以在超级计算机的结构上执行多层体系结构抽象. 对于blue gene / L系统，它具有2个计算级别: 节点级别，节点级别由2个较小规模的计算组件-PowerP40共享，共享第三级缓存；蓝色基因/ L系统级别，由65,536个计算节点和1,024个互连的节点组成.

地球模拟器具有3个级别: 处理器节点级别，由8个矢量处理器组成；第一层集群级别，由16个处理器节点组成；超级集群级别，由40个级别的集群组成. 作者简介: 刘辉(1982-)，男，硕，主要研究方向: 计算机系统结构，计算机应用技术；姜烈辉，教授，博士；周武明，赵望英，硕录取日期: 2008-01-31电子邮件: zhanshen53 @ 163. com Zhao，-255-计算级别的结构抽象根据计算级别的定义，计算级别由相互连接的计算组件组成. 因此，计算级别应包括计算组件和互连组件. 但是，计算层次结构不限于这两种类型的组件. 在实际设计中，互连的组件通常连接到相应的存储组件. 因此，计算层次结构内的组件可以抽象为三类: 计算组件，存储组件和互连组件. 这三种类型的组件之间的关系如图1所示. 2.2互连的组件图4是地球模拟器节点级别的内部结构，其子计算组件是8个矢量处理器，存储组件是内存，并且各种类型的组件总线互连组件. 总线连接所有子计算组件和存储组件，以形成一个完整的节点. 处理器#0处理器#1处理器#7共享内存(16 GB)…4个计算层次结构(父计算组件)子计算组件存储组件地球模拟器节点层次结构的内部5是虚拟地球模拟器的结构代表一级集群，整个图代表超级集群.

互连网络(640×640交叉开关)definition定义1和定义2定义了13种类型的组件之间的关系，并且计算级别也是一个Node Node…Node…Node Node Node…Node Node Node…Node Node节点…节点#000#001#011#015#016#017#031#032#033#047#624#625#639计算组件，由较小的粒度计算组件组成，因此称为父计算组件，它也称为小粒度计算. 组件是小计FC-AL FC-AL FC-AL…FC-AL算术组件. CCS#01 CCS#02 CCS#39 CCS#00 SW SW SW SW通过多层体系结构抽象和计算层次结构抽象，群集#00群集#01可以轻松地提供蓝色基因/ L和地球模拟磁盘磁盘磁盘磁盘群集# 02群集#39是分层结构. 2.2.1蓝色基因/ L SCCS各个计算级别的结构根据先前的定义和分析，蓝色基因/ L具有2个MDPS计算级别: 节点级别和系统本身.

磁带库CSS: 群集控制站(1.5 PB)磁盘(240 TB)图2是蓝色基因/ L节点层次结构的内部结构[6]. SCCS: 超级集群控制站，其子计算组件是两个PowerP40处理内核，互连组件是总线，存储组件是第三级缓存. 2图5地球模拟器PowerP40的结构通过共享第三级缓存而耦合到1个节点中. 第一层集群是地球模拟器的第二个计算层. 它的子计算单元PowerP40是16个节点和1个集群控制站(集群控制站，L3 Cache CCS)，并且存储组件是图中虚拟框中的磁盘. (磁盘)，互连组件为FC PowerP40网络和640×640交叉开关. 超级集群是地球模拟器的第三计算层，其子计算部门如图2所示. 蓝色基因/ L节点层的内部结构组件是40个第一层集群和一个超级集群控制站(超级集群图3是蓝色彩色基因/ L系统级别的内部结构，其子计算组件Control Station(SCCS)，存储组件是MDPS [7]，位于图的右下角，每个节点是每个其他，图中的DB是存储组件，以太网，控制网络. 连接的组件是存储网络和640×640交叉开关.

5个JTAG，Torus和Tree网络是相互连接的组件. 互连的部分连接到3台超级计算机的结构. 一些节点和存储设备形成一个完整的系统. 3.类1 html的标记语言树形文件服务器以太网I / O节点0计算节点0 Torus计算节点63数据服务控制网络DB IdoJTAGI / O节点63计算节点0 TreeTorus计算节点63JTAGͼ3蓝色Gene / L系统级别内部地球模拟器的结构在所有级别上都具有三个级别: 结构，第一级集群和第二级集群(超级集群). 2.2.2 — 256 —现在高性能计算机的结构，超级计算机系统已经在多层体系结构中进行了抽象，并且组件级抽象已在计算层次结构内部进行. 使用类似html的标签来表示超级计算机的结构. 根据先前的多层体系结构思想和层次结构内部的组件级抽象，总共有四对标签: LEVEL>，COMPUTER>，存储>， 网络>. 所有标签必须成对出现，标签对之间的所有内容都描述了相应层次结构或部分的结构信息: LEVEL>之间的内容描述了层次结构，COMPUTER>描述计算组件的信息，STORAGE>和NETWORK>之间的内容描述存储组件和互连组件的信息； COMPUTER>标记对之间可以有COMPUTER>标记对，这也体现了计算组件是嵌套递归的概念.

TorusTorus基本上可以通过使用标签来确定超级计算机的结构框架，那么如何表示超级计算机每个级别的每个组件的属性信息呢？根据有关的不同信息，在标签内添加属性名称，并使用“属性名称=值”为各种属性分配值. 例如，Serial = 1 LEVEL> Num = 1024 Type = RAID Name = Blue Gene Disk Array STORAGE> Type = Interconnect Network Name = Blue Gene Ring Network NETWORK> < NETWORK>类型=互连的网络名称=蓝色基因系统控制网络 NETWORK> 类型=互连的网络名称=蓝色基因系统中断和围栏 NETWORK> 类型=互连网络名称=蓝色基因全球集中式网络 NETWORK> 类型=互连的网络名称=蓝色基因千兆位以太网 NETWORK> COMPUTER> 其中Serial是层次结构的属性名称，其值分配为1，表示它是第一层.

类似地，您可以为各个部分添加所需的属性信息. 应该注意的是，所有零件都具有Type和Name属性，它们的值用于标识每个零件. 蓝色基因/ L的结构表示下面使用这四个标记对和属性来表示蓝色基因/ L系统和地球模拟器系统的结构. 将说明新属性. Blue Gene / L的配置信息如下: 3.2 序列= 1 类型=处理器名称= Blue Gene计算节点成员= PowerP40 Num = 2 COMPUTER> 类型=缓存名称=蓝色基因3级缓存 STORAGE> 类型=总线名称=共享的缓存互连 NETWORK> COMPUTER> 类型=处理器名称=蓝色基因IO节点成员= PowerP40数量= 2 COMPUTER> 类型=缓存名称=蓝色基因3级缓存 STORAGE> 类型=总线名称=共享缓存互连 NETWORK> COMPUTER> Serial = 2 类型=多节点互连名称= Blue Gene / L成员= Blue Gene计算节点Num = 65536 Member = Blue Gene IO节点Earth模拟器的配置信息如下: 串行= 1 Type =处理器名称=地球模拟器节点成员=矢量处理器Num = 8 COMPUTER> 类型=内存名称=节点内存 STORAGE> 类型= bus名称=共享内存互连 NETWORK> 电脑> < / LEVEL> 序列= 2 类型=群集名称= Earth Simulator Level 1 Cluster 成员= Earth Simulator Node Num = 16 COMPUTER> Type = Disk Name = Earth Simulator First Class Cluster磁盘—257 — STORAGE> 类型=存储网络名称= Earth Simulator FC网络 NETWORK> 类型= Crossbar交换机名称= 640x640Crossbar交换机 NETWORK> COMPUTER> LEV EL> 序列= 3 类型=群集名称= Earth Simulator超级群集成员= Earth Simulator一级群集Num = 40 COMPUTER> 类型=网络存储名称= Earth Simulation MDPS STORAGE> < NETWORK>类型=存储网络名称= Earth Simulator存储网络 NETWORK> 类型=交叉开关名称= 640x640交叉开关 NETWORK> COMPUTER> LEVEL>应用说明可以描述超级计算机的结构特征通过标签对，而单个组件的特定特征可以通过属性来描述.

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：

http://www.pc-fly.com/a/jisuanjixue/article-248558-1.html