[发明专利]基于MPU架构的超高扩展超级计算系统

权利要求书

1.一种基于MPU架构的超高扩展计算系统，包括：

a)由多个网络互连的多个处理节点和轴突节点，其中，每个处理节点包括一个或多个处理元件；每个轴突节点与所述处理节点的一个子集互连，负责为该轴突节点的附属处理节点提供与外联网络系统间的互连、或加速全局中远程通信与聚合操作、或上述操作的组合；

b)所述的多个网络包括四个独立的网络子系统：一个MPU架构点对点网络，一个外联扩展网络，一个外部管理网络和一个外部存储网络；

c)所述的MPU架构点对点网络包括一个K维互连网络系统，互连所有的处理节点；其中，每个所述的处理节点位于一个由其相邻节点组成的K维立方体中，同时与其相邻节点进行高速互连；以及

d)所述处理节点的一个子集共享一个轴突节点，该轴突节点为其附属处理节点提供外联网络系统连接；所述的轴突节点与该子集中的所有或者部分处理节点直接互连；

e)所述的外联网络系统包括一个由轴突节点互连而成的外联扩展网络子系统，负责中长程通信与全局通信操作；所述的轴突节点采取多维MPU架构或者多维网格拓扑架构进行互连；

f)所述的外联网络系统包括一个由轴突节点提供接口的外部存储网络，负责处理节点通过其上游轴突节点对外部文件系统进行访问；所述轴突节点全部或部分通过外部高速交换机与外部文件系统互连；以及

g)所述的外联网络系统包括一个由轴突节点提供接口的外部管理系统，负责全系统的远程监控操作；每个处理节点通过以太网连接到其轴突节点，所述轴突节点通过外部以太网交换机提供远程系统监控与任务分配操作。

2.如权利要求1所述的基于MPU架构的超高扩展计算系统，其特征在于，所述的MPU架构对两个相同规模的K维网格拓扑进行嵌套。

3.如权利要求2所述的基于MPU架构的超高扩展计算系统，其特征在于，每个边界处理节点均位于一个由其相邻节点和拓扑循环映射节点组成的一个虚拟多维立方体体心，同时与上述相邻节点进行高速互连。

4.如权利要求1所述的基于MPU架构的超高扩展计算系统，其特征在于，每个轴突节点包含一个提供高速连接的路由单元，负责该轴突节点与相邻轴突节点间的消息通信。

5.如权利要求4所述的基于MPU架构的超高扩展计算系统，其特征在于，所述的轴突节点所包含的路由单元包括多个数据链路与其附属处理节点互连。

6.如权利要求5所述的基于MPU架构的超高扩展计算系统，其特征在于，所述的数据链路采用Aurora链路层点对点串行传输连接，负责在处理节点与轴突节点间路由芯片间高速传输数据。

7.如权利要求4所述的基于MPU架构的超高扩展计算系统，其特征在于，所述的轴突节点所包含的路由单元包括外联接口，负责与其他轴突节点和外部文件系统互连。

8.如权利要求7所述的基于MPU架构的超高扩展计算系统，其特征在于，所述的外联接口中负责与其他轴突节点间互连部分，采用Aurora链路层点对点串行传输协议。

9.如权利要求7所述的基于MPU架构的超高扩展计算系统，其特征在于，所述的外联接口中负责与外部文件系统互连部分，采用Infiniband接口，完成轴突节点与外联Infiniband级联交换机信息交换。

10.如权利要求4所述的基于MPU架构的超高扩展计算系统，其特征在于，所述的轴突节点所包含的路由单元包括一个虚输出队列VOQ架构的交换结构，所述的虚输出队列在接收端存在多个缓冲队列负责缓存数据包，每个接收端通过交换结构，根据路由决策将数据发送到指定的发送端；每个缓冲队列缓冲一个或多个最大长度的数据包。

11.如权利要求4所述的基于MPU架构的超高扩展计算系统，其特征在于，所述的轴突节点所包含的路由单元包括一个基于FPGA实现的进程间通信网络FIN协议适配层，负责根据FIN交换协议在路由网络与本地CPU系统间加解数据包，同时校验数据包的完整性。

12.如权利要求4所述的基于MPU架构的超高扩展计算系统，其特征在于，所述的轴突节点所包含的路由单元包括一个负责FPGA芯片与本地CPU系统间数据传输的协议适配层；所述协议适配层采用系统支持的串行RapdiIO，或PCI-Express，或HyperTransport协议，以更灵活有效地支持不同处理器的多种高级外连接口形式。