Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας, 9ο εξάμηνο ΣΗΜΜΥ Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας, 9ο εξάμηνο ΣΗΜΜΥ ακ. έτος: 2003-2004 Νεκτάριος Κοζύρης nkoziris@cslab.ece.ntua.gr

Δίκτυα Διασύνδεσης

Δίκτυο Διασύνδεσης … … … Δίκτυο Διασύνδεσης E E E E/E E/E M M 1 2 n 1 r 1 k Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Δίκτυa Διασύνδεσης Στατικά: Συνδέσεις από σημείο σε σημείο που δεν αλλάζουν κατά την εκτέλεση Δυναμικά: Διακοπτόμενα κανάλια επικοινωνίας Διάδρομοι Crossbar switches Δίκτυα πολλαπλών βαθμίδων Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Χαρακτηριστικά συνδεσμολογιών Βαθμός κόμβου (node degree) d: αριθμός συνδέσμων σε ένα κόμβο πρέπει να είναι μικρός (λόγω κόστους) σταθερός (για επεκτασιμότητα) Indegree Outdegree Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Χαρακτηριστικά συνδεσμολογιών Διάμετρος δικτύου D: μέγιστο ελάχιστο μονοπάτι μεταξύ δύο οποιωνδήποτε κόμβων Όσο μικρότερη, τόσο καλύτερη η χειρότερη περίπτωση επικοινωνίας Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Χαρακτηριστικά συνδεσμολογιών Εύρος τομής (bisection width) b: ο ελάχιστος αριθμός ακμών που κόβουμε, χωρίζοντας το δίκτυο στα δύο Αποτελεί ένα καλό δείκτη του μέγιστου εύρους ζώνης επικοινωνίας σε ένα δίκτυο Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Χαρακτηριστικά συνδεσμολογιών Χρόνος αρχικής απόκρισης καθυστέρησης (network latency): μέγιστη καθυστέρηση για τη μεταφορά ενός μηνύματος μοναδιαίου μεγέθους Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Χαρακτηριστικά συνδεσμολογιών Εύρος ζώνης (bandwidth): μέγιστος ρυθμός μεταφοράς δεδομένων Επεκτασιμότητα (scalability): δυνατότητα επέκτασης ενός δικτύου με χρήση των ίδιων στοιχείων Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης Γραμμικό: Ν κόμβοι Ν-1 σύνδεσμοι Βαθμός d=2 για τους εσωτερικούς κόμβους Διάμετρος D=Ν-1 Εύρος τομής b=1 Δεν είναι συμμετρικό Δεν είναι πολύ επεκτάσιμο Διαφορά από το διάδρομο: διαφορετικά κανάλια-σύνδεσμοι μπορούν να χρησιμοποιούνται ταυτόχρονα Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης Ορθογωνικό: Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης Αστεροειδές: Ν κόμβοι Ν-1 σύνδεσμοι Βαθμός κεντρικού κόμβου d=N-1 Διάμετρος D=2 Εύρος τομής Δεν είναι συμμετρικό Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης Πλήρες: Ν κόμβοι Ν(Ν-1)/2 σύνδεσμοι Βαθμός κόμβου d=N-1 Διάμετρος D=1 Εύρος τομής b=(N/2)2 Είναι συμμετρικό Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης Δακτύλιος: Ν κόμβοι Ν σύνδεσμοι Βαθμός κόμβων d=2 Διάμετρος Εύρος τομής b=2 Είναι συμμετρικό Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης Δένδρο (Δυαδικό δένδρο): N=2k-1 κόμβοι Ν-1 σύνδεσμοι Βαθμός κόμβου d=3  επεκτάσιμο Διάμετρος D=2(k-1) Εύρος τομής b=1 Δεν είναι συμμετρικό Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης Υπερκύβος: ή δυαδικός n-κύβος N=2n κόμβοι nN/2 σύνδεσμοι Βαθμός κόμβου d=n Διάμετρος D=n Εύρος τομής b=N/2 Είναι συμμετρικό προσδιορισμός διαδρομής: π.χ. Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Αναδρομική Κατασκευή Υπερκύβων Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Δημιουργία ορθογωνικής τοπολογίας από υπερκύβο 0011 0111 1111 1011 0001 0101 1101 1001 0000 0100 1100 1000 Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης Γενίκευση: k-δικός n-κύβος: N=kn κόμβοι nN σύνδεσμοι Βαθμός κόμβου d=2n Διάμετρος Εύρος τομής b=2kn-1 Είναι συμμετρικό Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης 1 2 5 3 4 k-1 k 5 1 2 3 4 k-1 k Cube Connected Cycles: Αντικαθιστούμε στο δυαδικό k-κύβο κάθε κόμβο (2k σύνολο) με δακτύλιο k κόμβων (k≥3) Ν=k2k (k-CCC) κόμβοι 3Ν/2 σύνδεσμοι Βαθμός κόμβου d=3 ανεξάρτητα από διάσταση Διάμετρος D=2k-1+ Εύρος τομής b=N/(2k) Είναι συμμετρικό Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης Mesh: N=nk κόμβοι k-διάστατο mesh με n κόμβους ανά διεύθυνση βαθμός κόμβου d=2k διάμετρος δικτύου D=k(n-1) Για ένα 2-διάστατο mesh: N=n2 κόμβοι 2Ν-2n=2n2-2n σύνδεσμοι Βαθμός εσωτερικών κόμβων d=4 Διάμετρος D=2(n-1) Εύρος τομής b=n Δεν είναι συμμετρικό Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης Torrus : υποδιπλασιάζεται η διάμετρος για έναν n×n δυαδικό torus (k=2): Ν=n2 κόμβοι 2Ν σύνδεσμοι βαθμός κόμβου d=4 διάμετρος Εύρος τομής 2n Είναι συμμετρικό Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης Torrus : Αναδίπλωση συνδέσεων για την εξισορρόπηση του μήκους των καλωδίων Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Χαρακτηριστικά συνδεσμολογιών Τύπος Δικτύου Κόμβοι Σύνδεσμοι Βαθμός κόμβου Διάμετρος δικτύου Εύρος τομής Συμμετρία Γραμμικό Ν Ν-1 2 1 Όχι Δακτύλιος Ναι Πλήρες Ν(Ν-1)/2 (Ν/2)2 Δυαδικό δένδρο Ν=2k-1 3 2(k-1) Αστεροειδές 2D-Mesh N=n2 2N-2n 4 2(n-1) n Iliac Mesh 2N N-1 2n 2D-Torus Υπερκύβος Ν=2n nN/2 N/2 CCC N=k2k 3N/2 N/(2k) k-δικός n-κύβος Ν=kn nN 2kn-1 Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Δυναμικά Δίκτυα Διασύνδεσης Διάδρομος time sharing ή contention bus χρειάζεται: διαιτησία του διαδρόμου χειρισμός των interrupts πρωτόκολλο συνάφειας επεξεργασία των transactions (π.χ. split-transaction) πλεονεκτήματα: χαμηλό κόστος μειονεκτήματα: μη επεκτάσιμο περιορισμένο εύρος ζώνης master: παράγουν αιτήσεις για έλεγχο του bus slave: π.χ. μνήμες. κάρτες δικτύου, περιφερειακά Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Δυναμικά Δίκτυα Διασύνδεσης Διάδρομος P1 P2 P3 I/O system C1 C2 C3 Memory Disks Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Δυναμικά Δίκτυα Διασύνδεσης Δίκτυα πολλαπλών βαθμίδων Δίκτυα με σταυρωτούς διακόπτες Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Δίκτυο διασύνδεσης με σταυρωτούς διακόπτες n2 διακόπτες για n μονάδες M 1 2 E/E E 3 4 Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Δίκτυο πολλαπλών βαθμίδων Switch (switching network- dynamic topology): log2N βαθμίδες × N/2 διακόπτες/βαθμίδα λιγότεροι από Ν2, αλλά πιο αργοί Έξοδοι επεξεργαστών Είσοδοι επεξεργαστών Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Τύποι διακοπτών ε ε 1 2 ε 1 1 1 1 1 Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Γενικευμένος διακόπτης D Μ Διακόπτης D ε ε D Μ Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Δίκτυο γενικευμένου κύβου 8 Βαθμίδες 1 9 2 10 3 11 4 12 5 13 6 14 7 15 Είσοδος Έξοδος Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Αναδρομική κατασκευή Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Συνδυασμοί Διασύνδεσης Βαθμίδων Βαθμίδα: 3 2 1 0000 (0) 1000 (8) 0100 (4) 0010 (2) 0001 (1) 1001 (9) 0101 (5) 0011 (3) 1010 (10) 0110 (6) 1011 (11) 0111 (7) 1100 (12) 1101 (13) 1110 (14) 1111 (15) Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Δίκτυο shuffle Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 6 6 6 6 7 7 7 7 Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

Δίκτυο πεταλούδας 1 2 3 Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο 00 01 10 11 4 8 12 1 5 9 13 2 6 14 3 7 15 βαθμίδες η 1 1 2 2 3 3 00 01 10 11 Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο