專(zhuān)利名稱(chēng)：基于fpga技術(shù)實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)互連網(wǎng)絡(luò)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專(zhuān)利涉及計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的可重構(gòu)互連網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方式。
背景技術(shù)：
在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中，網(wǎng)絡(luò)就是用物理鏈路將各個(gè)孤立的工作站或主機(jī)相連在一起， 組成數(shù)據(jù)鏈路，從而達(dá)到資源共享和通信的目的。目前，高速互連網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于高性能計(jì)算機(jī)中計(jì)算節(jié)點(diǎn)或I/O節(jié)點(diǎn)之間的互連。而這些高速互連網(wǎng)絡(luò)僅針對(duì)某種特定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)的，不能滿足多種應(yīng)用對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決高性能計(jì)算機(jī)中高速互連網(wǎng)絡(luò)不能滿足多種應(yīng)用對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的需求，本發(fā)明提供一種可重構(gòu)互連網(wǎng)絡(luò)及其實(shí)現(xiàn)方式，該可重構(gòu)互連網(wǎng)絡(luò)能夠滿足應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的需求，提升互連網(wǎng)絡(luò)的性能，提高高性能計(jì)算機(jī)的使用效率。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是采用FPGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)互連網(wǎng)絡(luò)，借助 FPGA器件的可配置特性完成互連網(wǎng)絡(luò)的可重構(gòu)。FPGA器件內(nèi)部具有大量可編程邏輯單元， 豐富的連線資源和高速收發(fā)器模塊等，對(duì)實(shí)現(xiàn)高速互連網(wǎng)絡(luò)提供了良好的條件。高性能計(jì)算機(jī)中計(jì)算節(jié)點(diǎn)或I/O節(jié)點(diǎn)通過(guò)高速收發(fā)器模塊接入FPGA陣列組成的互連網(wǎng)絡(luò)，互連網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和節(jié)點(diǎn)連接方式在FPGA陣列中實(shí)現(xiàn)。針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)FPGA邏輯及生成配置文件，通過(guò)加載新的配置文件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的重構(gòu)。本發(fā)明的有益效果是，高速互連網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中可以在不更換物理設(shè)備的情況下，實(shí)現(xiàn)互連網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)，從而改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提高網(wǎng)絡(luò)性能。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1為高性能計(jì)算機(jī)中的一個(gè)緊耦合計(jì)算節(jié)點(diǎn)，它由可重構(gòu)互連網(wǎng)絡(luò)和多個(gè)計(jì)算組件組成。圖2為12端口的可重構(gòu)互連網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)原理。圖3是一種集中式交換網(wǎng)絡(luò)-Crossbar網(wǎng)絡(luò)。圖4是一種集中式交換網(wǎng)絡(luò)-Omega網(wǎng)絡(luò)。圖5是一種分布式交換網(wǎng)絡(luò)-16節(jié)點(diǎn)的2D Grid或Mesh網(wǎng)絡(luò)。圖6是一種分布式交換網(wǎng)絡(luò)-16節(jié)點(diǎn)的2D Torus網(wǎng)絡(luò)。圖7為基于FPGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)互連網(wǎng)絡(luò)的一種方式。
具體實(shí)施例方式針對(duì)商用中比較常用的兩種交換網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行具體實(shí)施方式
的分析。兩種交換網(wǎng)絡(luò)是集中式交換網(wǎng)絡(luò)和分布式交換網(wǎng)絡(luò)。
圖2所示為12端口的可重構(gòu)互連網(wǎng)絡(luò)，可以重構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇榧薪粨Q網(wǎng)絡(luò)和分布式交換網(wǎng)絡(luò)，分別對(duì)應(yīng)FPGA配置文件，集中交換網(wǎng)絡(luò)配置文件和分布式交換網(wǎng)絡(luò)配置文件。通過(guò)加載配置芯片中的配置文件實(shí)現(xiàn)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)互連網(wǎng)絡(luò)。圖3和圖4所示為集中式交換網(wǎng)絡(luò)，圖5和圖6為分布式交換網(wǎng)絡(luò)。圖7是基于FPGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)互連網(wǎng)絡(luò)的一種方式。Xilinx FPGA Virtex-5 Tx240T器件提供48個(gè)RocketIO高速收發(fā)器，支持最高速率為6. 25(ibpS。由于采用8B10B 編碼，有效數(shù)據(jù)速率為5(ibpS。最多可支持48個(gè)計(jì)算組件接入可重構(gòu)互連網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)計(jì)算組件使用llane，接入速率為5(ibpS ；如果41ane綁定在一起，可支持12個(gè)計(jì)算組件接入，每個(gè)端口的最大速率為20(ibpS。CF卡存儲(chǔ)預(yù)先設(shè)計(jì)并測(cè)試通過(guò)的FPGA配置文件，嵌入式處理器用來(lái)管理本地事務(wù)和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)事務(wù)。System ACE CF控制器集成控制邏輯和多種專(zhuān)用的接口CF卡接口，JTAG鏈接口，外部板級(jí)測(cè)試環(huán)境接口，系統(tǒng)處理器接口。默認(rèn)配置模式時(shí) System ACECF控制器采用存儲(chǔ)模塊中的配置文件數(shù)據(jù)通過(guò)JTAG配置FPGA器件，也可以通過(guò)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程操作直接對(duì)FPGA配置，通過(guò)這兩種方式完成互連網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)。
權(quán)利要求
1. 一種采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)互連網(wǎng)絡(luò)的方法，其特征在于，采用 FPGA芯片并結(jié)合靜態(tài)配置電路與遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)配置電路的設(shè)計(jì)，完成重構(gòu)互連網(wǎng)絡(luò)電路，為集中式交換與分布式交換的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮峁?duì)應(yīng)FPGA配置文件。
全文摘要
一種采用FPGA實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)互連網(wǎng)絡(luò)的方法，屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，旨在讓高性能計(jì)算機(jī)中高速互連網(wǎng)絡(luò)提供能實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)。方法采用FPGA芯片并結(jié)合靜態(tài)配置電路與遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)配置電路的設(shè)計(jì)，完成重構(gòu)互連網(wǎng)絡(luò)電路，并為集中式交換與分布式交換的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮峁?duì)應(yīng)FPGA配置文件。此方法可滿足應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的需求，提升互連網(wǎng)絡(luò)的性能，提高高性能計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)利用率。
文檔編號(hào)H04L29/08GK102546317SQ20101060625
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者謝光偉, 謝智勇 申請(qǐng)人:上海紅神信息技術(shù)有限公司, 華東計(jì)算技術(shù)研究所