專利名稱：基于fpga技術實現可重構互連網絡的方法
技術領域：
本發明專利涉及計算機領域的可重構互連網絡的實現方式。
背景技術：
在計算機領域中，網絡就是用物理鏈路將各個孤立的工作站或主機相連在一起， 組成數據鏈路，從而達到資源共享和通信的目的。目前，高速互連網絡廣泛應用于高性能計算機中計算節點或I/O節點之間的互連。而這些高速互連網絡僅針對某種特定的網絡拓撲結構而設計的，不能滿足多種應用對不同網絡拓撲結構的需求。
發明內容
為了解決高性能計算機中高速互連網絡不能滿足多種應用對不同網絡拓撲結構的需求，本發明提供一種可重構互連網絡及其實現方式，該可重構互連網絡能夠滿足應用對網絡拓撲結構的需求，提升互連網絡的性能，提高高性能計算機的使用效率。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是采用FPGA技術實現互連網絡，借助 FPGA器件的可配置特性完成互連網絡的可重構。FPGA器件內部具有大量可編程邏輯單元， 豐富的連線資源和高速收發器模塊等，對實現高速互連網絡提供了良好的條件。高性能計算機中計算節點或I/O節點通過高速收發器模塊接入FPGA陣列組成的互連網絡，互連網絡協議和節點連接方式在FPGA陣列中實現。針對不同的網絡拓撲結構設計FPGA邏輯及生成配置文件，通過加載新的配置文件實現網絡拓撲結構的重構。本發明的有益效果是，高速互連網絡環境中可以在不更換物理設備的情況下，實現互連網絡的重構，從而改變網絡拓撲結構，提高網絡性能。
下面結合附圖對本發明進一步說明。圖1為高性能計算機中的一個緊耦合計算節點，它由可重構互連網絡和多個計算組件組成。圖2為12端口的可重構互連網絡的設計原理。圖3是一種集中式交換網絡-Crossbar網絡。圖4是一種集中式交換網絡-Omega網絡。圖5是一種分布式交換網絡-16節點的2D Grid或Mesh網絡。圖6是一種分布式交換網絡-16節點的2D Torus網絡。圖7為基于FPGA技術實現可重構互連網絡的一種方式。
具體實施例方式針對商用中比較常用的兩種交換網絡拓撲結構進行具體實施方式
的分析。兩種交換網絡是集中式交換網絡和分布式交換網絡。
圖2所示為12端口的可重構互連網絡，可以重構的網絡拓撲為集中交換網絡和分布式交換網絡，分別對應FPGA配置文件，集中交換網絡配置文件和分布式交換網絡配置文件。通過加載配置芯片中的配置文件實現不同拓撲結構互連網絡。圖3和圖4所示為集中式交換網絡，圖5和圖6為分布式交換網絡。圖7是基于FPGA技術實現可重構互連網絡的一種方式。Xilinx FPGA Virtex-5 Tx240T器件提供48個RocketIO高速收發器，支持最高速率為6. 25(ibpS。由于采用8B10B 編碼，有效數據速率為5(ibpS。最多可支持48個計算組件接入可重構互連網絡，每個計算組件使用llane，接入速率為5(ibpS ；如果41ane綁定在一起，可支持12個計算組件接入，每個端口的最大速率為20(ibpS。CF卡存儲預先設計并測試通過的FPGA配置文件，嵌入式處理器用來管理本地事務和遠程網絡事務。System ACE CF控制器集成控制邏輯和多種專用的接口CF卡接口，JTAG鏈接口，外部板級測試環境接口，系統處理器接口。默認配置模式時 System ACECF控制器采用存儲模塊中的配置文件數據通過JTAG配置FPGA器件，也可以通過以太網遠程操作直接對FPGA配置，通過這兩種方式完成互連網絡的重構。
權利要求
1. 一種采用現場可編程門陣列FPGA實現可重構互連網絡的方法，其特征在于，采用 FPGA芯片并結合靜態配置電路與遠程動態配置電路的設計，完成重構互連網絡電路，為集中式交換與分布式交換的網絡拓撲提供對應FPGA配置文件。
全文摘要
一種采用FPGA實現可重構互連網絡的方法，屬于計算機技術領域，旨在讓高性能計算機中高速互連網絡提供能實現可重構。方法采用FPGA芯片并結合靜態配置電路與遠程動態配置電路的設計，完成重構互連網絡電路，并為集中式交換與分布式交換的網絡拓撲提供對應FPGA配置文件。此方法可滿足應用對網絡拓撲結構的需求，提升互連網絡的性能，提高高性能計算機的網絡利用率。
文檔編號H04L29/08GK102546317SQ20101060625
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月22日 優先權日2010年12月22日
發明者謝光偉, 謝智勇 申請人:上海紅神信息技術有限公司, 華東計算技術研究所