超级计算机的多层架构抽象及描述

超级计算机系统发展迅猛,不仅速度上日新月异,而且其结构也日益复杂化、多样化。为了能够准确有效地描述超级计算机的结构,给出统一的描述方法,提出超级计算机的多层架构思想。为超级计算机的进一步逻辑抽象或编写其模拟器提供了基础,并对超级计算机系统的设计具有一定的指导作用。

第 3卷第 2期 4 1

VL 4 o 3

No 2l .

计

算

机

工

程

20 08年 1 1月

No e b r 2 0 v m e 0 8

Co p trEn i e rn m u e gn e i g

开发研究与设计技术

文章编号：l0 32( 0)— 25一4文献标识码： 0 48 08 1 05—l 2 2 A

中圈分类号： P0 T33

超级计算机的多层架构抽象及描述

刘辉，蒋烈辉，周武明，赵钊，汪莹

(军信息工程大学信息工程学院，郑州 4 0 0 )解放 50 2

摘

要：超级计算机系统发展迅猛，不仅速度上日新月异，而且其结构也日益复杂化、多样化。为了能够准确有效地描述超级计算机的结

构，给出统一的描述方法，提出超级计算机的多层架构思想。为超级计算机的进一步逻辑抽象或编写其模拟器提供了基础，并对超级计算

机系统的设计具有一定的指导作用。

关健诃：超级计算机；多层架构；计算层次；计算部件

M u t—e e t u t r sr c n s rp i n o u e c m p t r l lv l r c u eAb t a t d De c i to fS p r o i S a ue

LI Hu, I U iJ ANG eh iZHOU um i g ZHAO a, ANG n Li- u, W – n, Zh o W Yi g

( o l eo f r t nE g n e n, L If r t nE g n e igUnv ri, h n z o 5 0 2 C l g f no mai n ie r g P A o mai n i e r iest Z e g h u4 0 0 ) e I o i n o n y

[ src]T e e eo met f u ec mp trs eyfs n t nytesedc ag s t ahp sigd yb tlotesu tr eo s r Ab ta t h vlp n pro ue r t o l pe n e hec as a,u s t cuebc me e d os iv a, o h h wi n a h r mo

a d mor o l ae n iesfr .I r e O d s r u ec mp trS sr cue rg l n v i by n i e te u io m ec pin n e c mpi td a d dv rio m c n o d r t e c be s p r o ue’ tu tr iht a d a al l,a d g v n fr d s r t i

y a h i o

me h d t i a e rn s f wa d t e mu t— v lsr c u e a d d s rp i f s p r o u e . t a r u d i a t e b t/ t rp o r mmi g t o, h s p p rb i g or r h l l e tu t r n e c i t ie on o u e c mp t r I n g o n n f rh ra sr c i o r g a g￣ ng n

s p ro ue i ltra d h l od sg u ec mp e yse . u ec mp trsmu ao n ept e ins p ro utrs tm

[ yw r s u ec mp trmutlv lt cue cmp t glv lc mp t gcmp nn Ke o d i spro ue; l— e r tr;o ui e; o ui o o e t ie su n e n

1概述

性能分析和预测是超级计算机研究的一个重要方面，而

定义。

定义 1计算部件计算部件是能够执行一个完整程序的部件。

根据定义，现代多核处理器中的处理器核就是一个计算

模拟器在性能分析和预测方面发挥着很重要的作用。目前虽

然已有多处理器、多核处理器的全系统模拟器(如共享内存多处理器模拟器 MuSm…、基于龙芯 C U的多核全系统模拟 li P

器 SrO— o do[) i SG o sn2,但对超级计算机模拟器的研究还很 n 1

部件，因为如果将一个程序及其所有数据都存放到处理器核内部的 C ce中，那么处理器核就能完整地执行这个程序。 ah

少。本文提出的超级计算机的多层架构思想和描述方法可为超级计算机模拟器提供超级计算机的结构信息，而且各种不同结构的超级计算机有相同的描述格式，这些格式化了的超

因此，在蓝色基因/中，其不同粒度的计算部件有： L

P w rC 4 o eP 4 0处理核，计算节点和 I/ O节点，蓝色基因， L系统本身。对于地球模拟器来说，其不同粒度的计算部件有：向量处理器，处理器节点，一级集群和超级集群。 定义 2计算层次计算层次是一个计算部件，它由粒度更小的计算部件互

连构成。

级计算机结构信息为模拟器的可扩展性提供了良好的基础。

2超级计算机的多层架构抽象

2相关定义及分析 . 1: 20 0 7年 6月底，IC 7国际超级计算机大会) S 0(公布了第

2

9届 T P 0 O 5 0超级计算机名单。次排名的前 1这 0名和上次相

结合定义 1,可知计算部件是一个嵌套递归的概念——粒度小的计算部件可以构成粒度更大的计算部件，这个粒度

比几乎全部洗牌，安装在美国能源部劳伦斯一利弗摩尔国家实验室(L L的 I M蓝色基因/ LN ) B L系统继续保持第一名的位置， 另外 2套新的蓝色基因几也进入了前十； 0 2的榜首一地 20球模拟器则排名 2”。下面对这 2个系统进行分析。 0J

蓝色基因用 2个嵌入式的 I M P 4 0处理核构成了一 B PC4个节点，共有 6 3 5 6个计算节点、 1 2 5 4个 1 0 0节点，利用

5个互联网络将这六万多个节点连接成一个完整的系统；地

更大的计算部件又称为计算层次。有了计算部件和计算层次 这 2个概念就可以对超级计算机的结构进行多层架构抽象

了。对于蓝色基因/ L系统来说，它有 2个计算层次：节点层次，由 2个粒度更小的计算部件——P weP 40共享第三它 o rc 4级 C ce合而成； ah耦蓝色基因， L系统层次，由 6 3它 5 6个计 5算节点和 1 2 4节点互连构成。而地球模拟器则有 3个层次： 0

球模拟器采用的是共享内存的大规模并行向量系统体系结构，每个节点包括了 8个向量处理器，而整个系统有 60个 4

处理器节点，l 6个处理器节点构成一个集群，共有 4 0个集

处理器节点层次，由 8它个向量处理器构成；一级集群层次， 它由 1个处理器节点构成；级集群层次，它由 4 6超 0个一级