Desain Jaringan Interkoneksi
Sebuah interconnection networkdalam mesin paralel mentransfer informasi dari node sumber ke node tujuan yang diinginkan. Tugas ini harus diselesaikan dengan latensi sekecil mungkin. Ini harus memungkinkan sejumlah besar transfer seperti itu terjadi secara bersamaan. Selain itu, biayanya harus murah dibandingkan dengan biaya mesin lainnya.
Jaringan terdiri dari tautan dan sakelar, yang membantu mengirimkan informasi dari node sumber ke node tujuan. Sebuah jaringan ditentukan oleh topologi, algoritma perutean, strategi switching, dan mekanisme kontrol alirannya.
Struktur organisasi
Jaringan interkoneksi terdiri dari tiga komponen dasar berikut -
Links- Tautan adalah kabel dari satu atau lebih serat optik atau kabel listrik dengan konektor di setiap ujungnya yang terpasang ke sakelar atau port antarmuka jaringan. Melalui ini, sinyal analog ditransmisikan dari satu ujung, diterima di ujung lain untuk mendapatkan aliran informasi digital asli.
Switches- Sakelar terdiri dari satu set port input dan output, "palang silang" internal yang menghubungkan semua input ke semua output, buffering internal, dan logika kontrol untuk mempengaruhi koneksi input-output pada setiap titik waktu. Umumnya jumlah port input sama dengan jumlah port output.
Network Interfaces- Antarmuka jaringan berperilaku sangat berbeda dari node sakelar dan dapat dihubungkan melalui tautan khusus. Antarmuka jaringan memformat paket dan membangun informasi perutean dan kontrol. Ini mungkin memiliki buffering input dan output, dibandingkan dengan sakelar. Ini mungkin melakukan pemeriksaan kesalahan ujung-ke-ujung dan kontrol aliran. Oleh karena itu, biayanya dipengaruhi oleh kompleksitas pemrosesan, kapasitas penyimpanan, dan jumlah portnya.
Jaringan Interkoneksi
Jaringan interkoneksi terdiri dari elemen switching. Topologi adalah pola untuk menghubungkan sakelar individu ke elemen lain, seperti prosesor, memori, dan sakelar lainnya. Jaringan memungkinkan pertukaran data antar prosesor dalam sistem paralel.
Direct connection networks- Jaringan langsung memiliki koneksi point-to-point antara node tetangga. Jaringan ini bersifat statis, yang berarti koneksi point-to-point sudah diperbaiki. Beberapa contoh jaringan langsung adalah cincin, jerat, dan kubus.
Indirect connection networks- Jaringan tidak langsung tidak memiliki tetangga tetap. Topologi komunikasi dapat diubah secara dinamis berdasarkan permintaan aplikasi. Jaringan tidak langsung dapat dibagi menjadi tiga bagian: jaringan bus, jaringan multistage, dan sakelar palang.
Bus networks- Jaringan bus terdiri dari sejumlah baris bit di mana sejumlah sumber daya dilampirkan. Ketika bus menggunakan jalur fisik yang sama untuk data dan alamat, data dan jalur alamat digandakan waktu. Jika ada beberapa master bus yang terpasang pada bus, diperlukan wasit.
Multistage networks- Jaringan multistage terdiri dari beberapa tahap sakelar. Ini terdiri dari sakelar 'axb' yang dihubungkan menggunakan pola koneksi interstage (ISC) tertentu. Elemen sakelar 2x2 kecil adalah pilihan umum untuk banyak jaringan multistage. Jumlah tahapan menentukan penundaan jaringan. Dengan memilih pola koneksi interstage yang berbeda, berbagai jenis jaringan multistage dapat dibuat.
Crossbar switches- Sakelar palang berisi matriks elemen sakelar sederhana yang dapat dinyalakan dan dimatikan untuk membuat atau memutus koneksi. Menghidupkan elemen sakelar dalam matriks, koneksi antara prosesor dan memori dapat dibuat. Sakelar palang tidak memblokir, yaitu semua permutasi komunikasi dapat dilakukan tanpa pemblokiran.
Mengevaluasi Pengorbanan Desain dalam Topologi Jaringan
Jika perhatian utamanya adalah jarak routing, maka dimensinya harus dimaksimalkan dan dibuat hypercube. Dalam perutean simpan-dan-maju, dengan asumsi bahwa tingkat sakelar dan jumlah tautan bukanlah faktor biaya yang signifikan, dan jumlah tautan atau tingkat sakelar adalah biaya utama, dimensi harus diminimalkan dan jala dibangun di.
Dalam kasus pola lalu lintas terburuk untuk setiap jaringan, lebih disukai memiliki jaringan berdimensi tinggi di mana semua jalurnya pendek. Dalam pola di mana setiap node berkomunikasi hanya dengan satu atau dua tetangga terdekat, lebih disukai memiliki jaringan berdimensi rendah, karena hanya beberapa dimensi yang benar-benar digunakan.
Rute
Algoritma perutean jaringan menentukan jalur mana yang mungkin dari sumber ke tujuan yang digunakan sebagai rute dan bagaimana rute yang diikuti oleh setiap paket tertentu ditentukan. Perutean urutan dimensi membatasi rangkaian jalur legal sehingga hanya ada satu rute dari setiap sumber ke setiap tujuan. Yang diperoleh dengan terlebih dahulu menempuh jarak yang benar dalam dimensi orde tinggi, lalu dimensi berikutnya, dan seterusnya.
Mekanisme Perutean
Aritmatika, pemilihan port berbasis sumber, dan pencarian tabel adalah tiga mekanisme yang digunakan sakelar berkecepatan tinggi untuk menentukan saluran keluaran dari informasi di header paket. Semua mekanisme ini lebih sederhana daripada jenis komputasi perutean umum yang diterapkan di router LAN dan WAN tradisional. Dalam jaringan komputer paralel, sakelar perlu membuat keputusan perutean untuk semua inputnya di setiap siklus, sehingga mekanismenya harus sederhana dan cepat.
Routing Determinan
Algoritme perutean bersifat deterministik jika rute yang diambil oleh pesan ditentukan secara eksklusif oleh sumber dan tujuannya, dan bukan oleh lalu lintas lain dalam jaringan. Jika algoritme perutean hanya memilih jalur terpendek menuju tujuan, itu minimal, jika tidak maka tidak minimal.
Deadlock Freedom
Kebuntuan bisa terjadi dalam berbagai situasi. Ketika dua node mencoba mengirim data satu sama lain dan masing-masing mulai mengirim sebelum salah satu menerima, kebuntuan 'head-on' dapat terjadi. Kasus kebuntuan lain terjadi, ketika ada beberapa pesan yang bersaing untuk mendapatkan sumber daya di dalam jaringan.
Teknik dasar untuk membuktikan jaringan bebas dari kebuntuan, adalah untuk menghapus ketergantungan yang dapat terjadi antar saluran sebagai akibat dari pesan yang bergerak melalui jaringan dan untuk menunjukkan bahwa tidak ada siklus dalam grafik ketergantungan saluran secara keseluruhan; sehingga tidak ada pola lalu lintas yang dapat menyebabkan kebuntuan. Cara umum untuk melakukan ini adalah dengan menomori sumber daya saluran sedemikian rupa sehingga semua rute mengikuti urutan peningkatan atau penurunan tertentu, sehingga tidak ada siklus ketergantungan yang muncul.
Desain Switch
Desain jaringan bergantung pada desain sakelar dan bagaimana sakelar dihubungkan bersama. Derajat switch, mekanisme routing internalnya, dan buffering internalnya menentukan topologi apa yang dapat didukung dan algoritma routing apa yang dapat diimplementasikan. Seperti komponen perangkat keras lain dari sistem komputer, sakelar jaringan berisi jalur data, kontrol, dan penyimpanan.
Pelabuhan
Jumlah pin sebenarnya adalah jumlah total port input dan output dikalikan lebar saluran. Karena perimeter chip tumbuh lambat dibandingkan dengan area, sakelar cenderung dibatasi pin.
Datapath Internal
Datapath adalah konektivitas antara setiap himpunan port input dan setiap port output. Ini umumnya disebut sebagai palang internal. Palang non-pemblokiran adalah satu di mana setiap port input dapat dihubungkan ke output yang berbeda dalam permutasi apa pun secara bersamaan.
Buffer Saluran
Organisasi penyimpanan buffer di dalam sakelar memiliki dampak penting pada kinerja sakelar. Router dan switch tradisional cenderung memiliki buffer SRAM atau DRAM yang besar di luar switch fabric, sedangkan di switch VLSI buffering internal ke switch dan keluar dari anggaran silikon yang sama seperti datapath dan bagian kontrol. Seiring dengan peningkatan ukuran dan kepadatan chip, lebih banyak buffering tersedia dan perancang jaringan memiliki lebih banyak pilihan, tetapi buffer real-estate tetap menjadi pilihan utama dan organisasinya penting.
Alur kontrol
Ketika beberapa data mengalir dalam jaringan mencoba untuk menggunakan sumber daya jaringan bersama yang sama pada saat yang sama, beberapa tindakan harus diambil untuk mengontrol aliran ini. Jika kami tidak ingin kehilangan data apa pun, beberapa aliran harus diblokir sementara yang lain melanjutkan.
Masalah kontrol aliran muncul di semua jaringan dan di banyak tingkatan. Tetapi secara kualitatif berbeda dalam jaringan komputer paralel daripada di jaringan area lokal dan luas. Dalam komputer paralel, lalu lintas jaringan perlu dikirimkan seakurat lalu lintas melintasi bus dan ada sejumlah besar arus paralel dalam skala waktu yang sangat kecil.