Una Nueva Familia de Topologías Híbridas para la Interconexión de Redes de Gran Escala

Abstract

[ES] En los grandes super-computadores, la topología de la red de interconexión es un aspecto clave de diseño que impacta a las prestaciones y el coste de todo el sistema. Las topologías directas proporcionan un coste hardware reducido, pero como el número de dimensiones está condicionado por la restricción del cableado en tres dimensiones, se utilizan muchos nodos por dimensión, lo que hace que la latencia de comunicación aumente y reduzca la productividad de la red. Por otro lado, las topologías indirectas pueden proporcionar mejores prestaciones para redes de gran tamaño, pero tiene un coste muy elevado de enlaces y switches. En este trabajo, proponemos una nueva familia de topologías que combinan las mejores características de las topologías directas e indirectas para conectar de forma eficiente un gran número de nodos. En particular, proponemos una topología n-dimensional, donde los nodos de cada dimensión están conectados mediante una pequeña topología indirecta. De esta combinación obtenemos una familia de topologías que proporciona altas prestaciones, con una latencia y productividad cercanas a las topologías indirectas, pero con un menor coste hardware. En particular, es capaz de doblar la productividad obtenida por elemento de conmutación de las topologías indirectas. Además, el diseño de la topología es mucho más simple que en las topologías indirectas. De hecho, su grado de tolerancia a fallos es igual o superior que las topologías directas e indirectas.

[EN] In large supercomputers the topology of the interconnection network is a key design issue that impacts the performance and cost of the whole system. Direct topologies provide a reduced hardware cost, but, as the number of dimensions is conditioned by 3D wiring restrictions, a high number of nodes per dimension is used, which increases communication latency and reduces network throughput. On the other hand, indirect topologies can provide better performance for large network sizes, but at the cost of a high number of switches and links. In this work, we propose a new family of topologies that combines the best features of both direct and indirect topologies to efficiently connect an extremely high number of nodes. In particular, we propose an n-dimensional topology, where the nodes of each dimension are connected through a small indirect topology. This combination results in a family of topologies that provides high performance, with latency and throughput figures of merit close to indirect topologies, but with a lower hardware cost. In particular, it is able to double the throughput obtained per switching element of indirect topologies. Moreover, the layout of the topology is much simpler than in indirect topologies. Indeed, its fault--tolerance degree is equal or higher than the one for direct and indirect topologies.