论文部分内容阅读
随着高性能计算机系统的运算速度从P级向E级迈进,高功耗已成为影响系统可扩展性的一个重要因素。CMOS电路的功耗由动态功耗和静态功耗两部分组成,静态功耗随着半导体工艺水平的提高而迅速上升。降低系统静态能量的根本方法是关闭空闲部件,计算结点的关闭方法已经有较为深入的研究。路由器是互连网络的主要构件,但目前尚无有效的方法关闭互连网络的空闲路由器。基于HPC互连网络低功耗设计的研究现状,本文主要从HPC互连网络硬件低功耗方法、软件指导的HPC互连网络低功耗方法以及HPC互连网络功耗模拟三个方面展开研究。首先,本文给出了一种HPC互连网络硬件低功耗设计方案。该方案采用多层网络技术,计算结点根据子网的拥塞情况,自适应的选择一个子网注入报文。报文经由同一个子网进行传输,采用路由器power-gating技术,在传输过程中动态的打开/关闭路由器,实现互连网络静态功耗优化。其次,本文给出了软件指导的互连网络低功耗设计方案。基于路由规则指导下的拓扑图划分方法,本文实现了三种拓扑感知的资源分配算法。同时,本文基于天河二号的软件系统框架提出了软件指导的HPC互连网络低功耗设计方案,并且在天河二号实际系统以及模拟环境中对该方案的有效性进行了详细的验证与分析。天河二号实际系统上的测试表明,当计算结点利用率为92%时,该方案仍然能够获得高达79.7%的互连网络能量节约。最后,本文设计并初步实现了HPC互连网络功耗模拟器HPC-NetSim。本文首先对HPC-NetSim模拟器的设计方案进行了详细介绍,其次给出了HPC互连网络低功耗模拟器的初步实现方案,并给出了主要功能模块的实现细节。评测显示,HPC-NetSim性能模拟的平均误差仅为2.71%,并且能够真实的反映路由器开关操作的开销以及对互连网络静态能量的影响。