【摘要】： 目前,以高性能計算機為基礎(chǔ)的計算科學(xué)已經(jīng)成為繼理論科學(xué)和實驗科學(xué)之后人類科學(xué)研究的第三大支柱,高性能計算機的影響也已經(jīng)拓展到經(jīng)濟、公共安全和國家安全。在高性能計算機的發(fā)展中,超大規(guī)模并行處理已成為必然趨勢。在大規(guī)模并行計算機中,隨著處理器規(guī)模的不斷增大,以及單個處理器性能的不斷提升,多處理器之間經(jīng)過互連網(wǎng)絡(luò)進行通信的開銷也隨之大大增加。但是,傳統(tǒng)電互連由于自身固有缺陷,包括帶寬限制、阻抗不連續(xù)、時鐘歪斜、電磁干擾(EMI)現(xiàn)象嚴重、功耗高、互連密度受限等,無法滿足大規(guī)模并行計算機對互連網(wǎng)絡(luò)的需求,成為阻礙系統(tǒng)總體性能提高的瓶頸之一。 光互連因其自身特點,包括極高的傳輸帶寬、極低的傳輸時延、極高的并行性、極低的功耗、通道等程、優(yōu)良的網(wǎng)絡(luò)拓撲特性等,成為大規(guī)模并行計算機互連網(wǎng)絡(luò)研究中的熱點。本文對大規(guī)模并行計算機系統(tǒng)中的光互連網(wǎng)絡(luò)技術(shù),主要是光互連網(wǎng)絡(luò)模型,包括模型的構(gòu)造理論、故障診斷方法、最優(yōu)重構(gòu)問題等,進行了研究。本文的主要貢獻如下: ①分析了傳統(tǒng)圖論在光互連網(wǎng)絡(luò)研究中的局限性,得出了結(jié)論:由于每條邊只能關(guān)聯(lián)到兩個結(jié)點,傳統(tǒng)的圖無法準(zhǔn)確反映光互連網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)特性,基于傳統(tǒng)圖論的研究方法不能充分發(fā)掘光互連技術(shù)的潛在優(yōu)勢。基于以上原因,給出了一種光互連網(wǎng)絡(luò)建模方法──基于超圖理論的方法,并分析了超圖理論應(yīng)用在光互連網(wǎng)絡(luò)模型研究中的優(yōu)越性。 ②目前,光互連器件的研究已經(jīng)取得了大量的成果,但與之對應(yīng)的是,光互連網(wǎng)絡(luò)模型的研究還較少,并且大多數(shù)集中在新網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)造及分析,尚未涉及光互連背景下的故障診斷問題。因此,本文對光互連并行系統(tǒng)的故障診斷問題進行了探索性的研究,給出了超圖模型下系統(tǒng)級故障診斷問題的相關(guān)規(guī)范及定義,從而使光互連并行系統(tǒng)的故障診斷可以直接借鑒傳統(tǒng)圖模型下系統(tǒng)級故障診斷的研究成果。 ③對一類典型的光互連系統(tǒng)─—Hypermesh的故障診斷問題進行了研究。證明了HMn,k光互連系統(tǒng)的一步診斷度為n(k?1)。通過將HMn,k分解為kn?cn個互不相交的、同構(gòu)于HMcn,k的導(dǎo)出子圖,{HMn,k [Vx]: x∈{k?1,···,0} n?cn},得到了HMn,k的一個圈分解CD(HC),其中cn = ?l og k (nk?k+1)?�；谶@種圈分解技術(shù),給出了一個時間復(fù)雜度為O(knn(k?1))的一步t-故障診斷算法,證明了該算法的正確性,分析了該算法的復(fù)雜度。 ④對一類通道可再分的智能光背板的重構(gòu)問題進行了分析。通過特定條件的限定,將其中一個最優(yōu)重構(gòu)問題歸結(jié)為經(jīng)典的NP難問題──最優(yōu)線性排列(OLA)問題。DNA計算有望被用于求解這類NP-難問題。基于一種DNA計算模型: Adleman-Lipton-sticker模型,給出了一個用于解OLA問題的DNA算法。對于n個結(jié)點、m條邊的無向簡單圖G,該算法的初始解空間大小為2nK,存儲鏈由nK + n + m + L + 1個位區(qū)組成,需要2n個試管,并通過O(n3log2 n)次試管操作完成,其中,K = ?l og 2n?, L = ?l og 2(n m)? + 1。當(dāng)分子生物技術(shù)的進步足以保證DNA計算可行時,該算法就能有效地用于解決中等規(guī)模OLA問題,那時就可以通過預(yù)先編程的方式,將該算法得到的解用于控制智能光背板的重構(gòu),使互連網(wǎng)絡(luò)資源的配置達到最優(yōu)化。 許多研究已經(jīng)證明,光互連具有電互連無法比擬的優(yōu)越性。但是,光互連要實際應(yīng)用到大規(guī)模并行計算機中,還需要解決許多問題。本文只是在這方面進行了一些初步嘗試,對于一些值得進一步研究的光互連網(wǎng)絡(luò)模型問題,作者也在論文中進行了說明。 可以預(yù)見,隨著光電子和集成光學(xué)器件的發(fā)展,以及光互連網(wǎng)絡(luò)的理論和技術(shù)的深入研究,光互連的總體性能優(yōu)勢將會逐漸體現(xiàn)出來,基于光互連的并行高帶寬傳輸必將使大規(guī)模并行計算機系統(tǒng)的性能有相當(dāng)顯著的提高�！疤幚碛呻妬碜�,傳輸由光來做”,將是未來高性能并行計算系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要途徑之一。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TP338.6

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 阮剛,肖夏,R.Streiter,陳智濤,T.Otto,T.Gessner;集成電路芯片上光互連研究的新進展[J];半導(dǎo)體學(xué)報;2001年04期

2 羅金平,陳書明,周興銘;光互連計算機體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀與發(fā)展[J];電子技術(shù)應(yīng)用;1998年04期

3 祖繼鋒，陳興文，余寬豪，陳學(xué)良，耿完楨;光互連技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J];電子學(xué)報;1997年11期

4 鄧偉;楊曉帆;吳中福;;一種高效的基于BC圖的t/k-診斷算法[J];電子學(xué)報;2006年04期

5 許小滿，孫雨耕，楊山，黃汝激;超圖理論及其應(yīng)用[J];電子學(xué)報;1994年08期

6 楊曉帆,何中市,陳廷槐;系統(tǒng)級故障診斷的一個三值模型[J];重慶大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1997年01期

7 金怡濂,黃永勤,陳左寧,桂亞東,漆鋒濱;高性能計算機的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢[J];中國工程科學(xué);2001年06期

8 周革，，何曉清，張以謨，劉文耀，華鋒;大規(guī)模并行處理器陣列中的光纖互連網(wǎng)絡(luò)[J];光學(xué)學(xué)報;1995年11期

9 張大方,張憶蔚;系統(tǒng)級故障診斷的測試圖生成方法研究[J];湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1997年04期

10 王建方,李東;超圖的路和圈[J];中國科學(xué)(A輯);1998年09期

本文編號：2707647