[发明专利]基于FPGA技术实现可重构互连网络的方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及计算机领域的可重构互连网络的实现方式。

背景技术

在计算机领域中，网络就是用物理链路将各个孤立的工作站或主机相连在一起，组成数据链路，从而达到资源共享和通信的目的。目前，高速互连网络广泛应用于高性能计算机中计算节点或I/O节点之间的互连。而这些高速互连网络仅针对某种特定的网络拓扑结构而设计的，不能满足多种应用对不同网络拓扑结构的需求。

发明内容

为了解决高性能计算机中高速互连网络不能满足多种应用对不同网络拓扑结构的需求，本发明提供一种可重构互连网络及其实现方式，该可重构互连网络能够满足应用对网络拓扑结构的需求，提升互连网络的性能，提高高性能计算机的使用效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：采用FPGA技术实现互连网络，借助FPGA器件的可配置特性完成互连网络的可重构。FPGA器件内部具有大量可编程逻辑单元，丰富的连线资源和高速收发器模块等，对实现高速互连网络提供了良好的条件。高性能计算机中计算节点或I/O节点通过高速收发器模块接入FPGA阵列组成的互连网络，互连网络协议和节点连接方式在FPGA阵列中实现。针对不同的网络拓扑结构设计FPGA逻辑及生成配置文件，通过加载新的配置文件实现网络拓扑结构的重构。

本发明的有益效果是，高速互连网络环境中可以在不更换物理设备的情况下，实现互连网络的重构，从而改变网络拓扑结构，提高网络性能。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1为高性能计算机中的一个紧耦合计算节点，它由可重构互连网络和多个计算组件组成。

图2为12端口的可重构互连网络的设计原理。

图3是一种集中式交换网络-Crossbar网络。

图4是一种集中式交换网络-Omega网络。

图5是一种分布式交换网络-16节点的2D Grid或Mesh网络。

图6是一种分布式交换网络-16节点的2D Torus网络。

图7为基于FPGA技术实现可重构互连网络的一种方式。

具体实施方式

针对商用中比较常用的两种交换网络拓扑结构进行具体实施方式的分析。两种交换网络是集中式交换网络和分布式交换网络。

图2所示为12端口的可重构互连网络，可以重构的网络拓扑为集中交换网络和分布式交换网络，分别对应FPGA配置文件，集中交换网络配置文件和分布式交换网络配置文件。通过加载配置芯片中的配置文件实现不同拓扑结构互连网络。

图3和图4所示为集中式交换网络，图5和图6为分布式交换网络。

图7是基于FPGA技术实现可重构互连网络的一种方式。Xilinx FPGA Virtex-5 Tx240T器件提供48个RocketIO高速收发器，支持最高速率为6.25Gbps。由于采用8B10B编码，有效数据速率为5Gbps。最多可支持48个计算组件接入可重构互连网络，每个计算组件使用1lane，接入速率为5Gbps；如果4lane绑定在一起，可支持12个计算组件接入，每个端口的最大速率为20Gbps。CF卡存储预先设计并测试通过的FPGA配置文件，嵌入式处理器用来管理本地事务和远程网络事务。System ACE CF控制器集成控制逻辑和多种专用的接口：CF卡接口，JTAG链接口，外部板级测试环境接口，系统处理器接口。默认配置模式时System ACECF控制器采用存储模块中的配置文件数据通过JTAG配置FPGA器件，也可以通过以太网远程操作直接对FPGA配置，通过这两种方式完成互连网络的重构。