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时分复用片上网络的设计与优化

计算机辅助设计与图形学学报 2017年第2期29卷 365-371页

作者：许胜付斌章陈明宇张立新中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

针对"流水线"调度的时分复用片上网络受限于复杂的全局时钟网络以及低的网络利用效率等问题,提出一种时分复用片上网络设计方案.首先建立专属的调度控制网络,有效地避免了对全局时钟网络的依赖;然后提出最小空余带宽分配算法,合理地选... 详细信息

针对"流水线"调度的时分复用片上网络受限于复杂的全局时钟网络以及低的网络利用效率等问题,提出一种时分复用片上网络设计方案.首先建立专属的调度控制网络,有效地避免了对全局时钟网络的依赖;然后提出最小空余带宽分配算法,合理地选择调度周期和分配带宽;最后利用双重交换仲裁设计,使用网络中空闲时间片来提升性能.实验结果表明,与之前的工作Surf NoC相比,文中方案能够在严格保证"应用域"之间无干扰的同时取得更好的网络性能.

关键词：片上网络时分复用 “流水线”调度双重交换仲裁

Nimble:一种适用于OpenFlow网络的快速流调度策略

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计算机学报 2015年第5期38卷 1056-1068页

作者：李龙付斌章陈明宇张立新中国科学院大学北京100049 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190

突发流量是导致网络拥塞和丢包的重要原因之一.减少网络拥塞的一种方法是在多条可达路径间均衡网络流量,如等价多路径(Equal-Cost Multi-Path,ECMP)路由.然而,大多数等价多路径路由或者静态地将不同的流/数据包哈希到不同的路径,或者依... 详细信息

突发流量是导致网络拥塞和丢包的重要原因之一.减少网络拥塞的一种方法是在多条可达路径间均衡网络流量,如等价多路径(Equal-Cost Multi-Path,ECMP)路由.然而,大多数等价多路径路由或者静态地将不同的流/数据包哈希到不同的路径,或者依赖于局部的/过时的路径状态信息.OpenFlow技术利用集中式控制器控制网络行为,为控制器根据全局网络状态信息进行动态的数据流优化提供了可能.然而,采用基于轮询的网络状态探测机制在处理突发流量问题上面临诸多困难.文中提出一种用于OpenFlow网络的快速流调度策略,称为***架构扩展了OpenFlow协议的packet-in消息,由网络设备自主监测设备状态,并在网络出现拥塞时通过扩展的packet-in消息主动向控制器通告拥塞信息.模拟结果显示Nimble策略能够以近于零的时延检测网络链路拥塞,从而有效提高网络性能.

关键词：数据中心网络 OpenFlow 流调度负载均衡

基于AWGR的OCS/EPS数据中心光电混合网络

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计算机学报 2016年第9期39卷 1868-1882页

作者：臧大伟曹政王展刘小丽付斌章孙凝晖中国科学院计算技术研究所北京100190 中国科学院大学北京100190

随着云计算和大数据应用技术的发展,数据中心的数量和规模迅速发展,为了满足服务器之间大规模数据流动的需求,数据中心网络的通信能力面临巨大的挑战.传统数据中心中,网络的路由交换设备一般仅采用电域交换技术,电域交换技术虽然可以快... 详细信息

随着云计算和大数据应用技术的发展,数据中心的数量和规模迅速发展,为了满足服务器之间大规模数据流动的需求,数据中心网络的通信能力面临巨大的挑战.传统数据中心中,网络的路由交换设备一般仅采用电域交换技术,电域交换技术虽然可以快速地、灵活地切换数据包的传输路径,但其本身存在通信带宽低、交换容量有限、高能耗等缺点.为了提高数据中心网络的性能、降低网络的能耗,最近的研究提出了若干基于慢速路径切换光器件的光电混合网络结构.它们通常只能将小部分数据量非常大的网络流放在高带宽的光网络上传输,其他的网络流仍然需要电域网络传输.随着快速可调波长激光器以及光波长路由器件的成熟,使光电混合网络结构灵活应对动态、多样的流量模式成为可能.该文基于快速可调波长激光器TWC(Tunable Wavelength Converters)和光波长路由器AWGR(Arrayed-Waveguide Grating Router),首次提出了一种OCS(Optical Circuit Switching)/EPS(Electrical Packet Switching)光电混合网络结构Ace-net.在文中详细描述了光电混合网络的结构以及带宽测量、仲裁控制、流量分配等机制,这些机制利用TWC器件快速波长变换的特性,能快速地应对网络流量的变化,使更多的网络流量在光域网络上传输;同时使用模拟器对此结构进行了评测,模拟结果表明此网络结构具有很好的网络性能.

关键词：数据中心网络光电混合网络阵列波导光栅路由器光线路交换

一种面向FPGA异构计算的高效能KV加速器

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计算机工程与科学 2016年第8期38卷 1574-1580页

作者：孙征征兰亚柱付斌章中国科学院计算技术研究所北京100190

网络功能虚拟化等新兴应用的蓬勃发展对Key-Value查询的能效提出了更高要求。传统的解决方法要么采用基于软件Hash表,要么采用专用的三态内容可寻址存储器(TCAM)芯片进行加速。其中,软件方法实现成本低,但是在数据冲突较高时会导致查表... 详细信息

网络功能虚拟化等新兴应用的蓬勃发展对Key-Value查询的能效提出了更高要求。传统的解决方法要么采用基于软件Hash表,要么采用专用的三态内容可寻址存储器(TCAM)芯片进行加速。其中,软件方法实现成本低,但是在数据冲突较高时会导致查表性能急速下降;硬件TCAM方法具有优良的时间特性,但其价格昂贵、耗能巨大。目前,随着基于现场可编程门阵列FPGA的异构计算技术的高速发展,利用系统已经提供的FPGA资源对基于软件实现的Hash表结构进行加速成为一种性价比更佳的解决方案。探讨如何利用FPGA上的RAM资源来实现一种具有高扩展性和高能效比的TCAM逻辑。与传统的TCAM结构不同,提出的架构支持查表范围的动态缩放,从而可以有效减少查表功耗。为了验证方案的有效性,利用Virtex-7系列FPGA对本文方案进行实现和评估,并与软件查表的性能进行详细比较。实验表明,本文方案吞吐量可达到234 Mpps,查表延迟为25.56ns。相比软件的方法,吞吐量提高780倍,延迟降低240倍。

关键词：网络功能虚拟化 Key—Value查询三态内容可寻址存储器现场可编程门阵列

A High-Performance and Cost-Efficient Interconnection Network for High-Density Servers

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Journal of Computer Science & Technology 2014年第2期29卷 281-292页

作者：包雯韬付斌章陈明宇张立新 State Key Laboratory of Computer Architecture Institute of Computing TechnologyChinese Academy of Sciences University of Chinese Academy of Sciences

The high-density server is featured as low power, low volume, and high computational density. With the rising use of high-density servers in data-intensive and large-scale web applications, it requires a high-performance and cost-efficient intra-server interconnection network. Most of state-of-the-art high-density servers adopt the fully-connected intra-server network to attain high network performance. Unfortunately, this solution costs too much due to the high degree of nodes. In this paper, we exploit the theoretically optimized Moore graph to interconnect the chips within a server. Accounting for the suitable size of applications, a 50-size Moore graph, called Hoffman-Singleton graph, is adopted. In practice, multiple chips should be integrated onto one processor board, which means that the original graph should be partitioned into homogeneous connected subgraphs. However, the existing partition scheme does not consider above problem and thus generates heterogeneous subgraphs. To address this problem, we propose two equivalent-partition schemes for the Hoffman-Singleton graph. In addition, a logic-based and minimal routing mechanism, which is both time and area efficient, is proposed. Finally, we compare the proposed network architecture with its counterparts, namely the fully-connected, Kautz and Torus networks. The results show that our proposed network can achieve competitive performance as fully-connected network and cost close to Torus.

关键词： high-density server interconnection network Moore graph Hoffman-Singleton graph equivalent partition

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非连续数据网络通信实现方法和性能分析

计算机学报 2020年第6期43卷 1123-1138页

作者：马潇潇陆钢付斌章安仲奇朱泓睿邵恩王展安学军中国科学院计算技术研究所北京100190 中国科学院大学北京100080 华为技术有限公司罗素实验室北京100080

非连续数据通信是指发送端将位于不同地址的多块数据传输到接收端的多个非连续地址.这种通信模式在科学计算应用中十分常见,如求解计算、FFT计算、流体力学模拟等应用均涉及矩阵的转置传输,多维矩阵的子矩阵传输,非结构化数据访问等非... 详细信息

非连续数据通信是指发送端将位于不同地址的多块数据传输到接收端的多个非连续地址.这种通信模式在科学计算应用中十分常见,如求解计算、FFT计算、流体力学模拟等应用均涉及矩阵的转置传输,多维矩阵的子矩阵传输,非结构化数据访问等非连续数据通信.所以,非连续数据的通信性能对众多科学计算应用有重要的影响.目前,有多种实现非连续数据通信的卸载或者非卸载的方法,但是迄今没有工作在同一平台对主流的非连续数据通信实现方法进行评测和分析,也没有工作对每一种实现方式适用的情况进行总结.本文首先总结了目前非连续数据通信的实现方式,然后,本文使用已有的测试集和自己设计的测试集对不同方式的非连续数据通信性能进行了详细的对比测试,细粒度地分析了在不同数据分布的情况下数据拷贝和RDMA通信的开销,尤其对基于RDMA sg_list(scatter-gather list)和UMR(User-mode Memory Registration)功能的卸载性能进行了分析,并总结了各种非连续数据通信方式的适用情况和存在的问题.最后,本文通过实验验证了分析结果的正确性,并对于该分析结果相关的技术提出了优化的方向.

关键词：非连续数据通信远程数据直接访问卸载 SGRS UMR 人工打包拆包

OpenFlow网络数据流路径建立开销的量化分析

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计算机科学 2015年第11期42卷 59-62页

作者：吴洁付斌章陈明宇张立新中国科学院计算技术研究所先进计算机系统研究中心北京100190 中国科学院大学北京100190

OpenFlow采用数据平面与控制平面分离的架构,以软件实现的OpenFlow控制器作为控制平面对网络进行集中控制。在这种分离架构中,由于交换机需要与控制器进行交互,因此必然会产生一定的时间开销。经实验,数据流建立过程中的信息交互导致数... 详细信息

OpenFlow采用数据平面与控制平面分离的架构,以软件实现的OpenFlow控制器作为控制平面对网络进行集中控制。在这种分离架构中,由于交换机需要与控制器进行交互,因此必然会产生一定的时间开销。经实验,数据流建立过程中的信息交互导致数据包传输时延至少增长2倍,严重降低了网络性能。因此,量化分析OpenFlow网络中流建立开销具有重要意义。分析流建立开销产生的原因,对导致数据包传输时延增长的影响因素进行量化分析。评估流建立开销对网络性能的影响是量化分析数据流路径建立开销的重点。

关键词： OpenFlow网络数据流建立开销影响评估

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SDN控制器的调研和量化分析

计算机科学与探索 2014年第6期8卷 653-664页

作者：江国龙付斌章陈明宇张立新中国科学院计算技术研究所北京100190 中国科学院大学北京100190

软件定义网络(software defined networking,SDN)是一种将网络控制平面和数据平面分离的新型网络架构。在SDN网络中,控制器的性能对网络性能有着重要的影响,当前很多公司和科研机构都已经提出了自己的控制器解决方案。然而针对如此众多... 详细信息

软件定义网络(software defined networking,SDN)是一种将网络控制平面和数据平面分离的新型网络架构。在SDN网络中,控制器的性能对网络性能有着重要的影响,当前很多公司和科研机构都已经提出了自己的控制器解决方案。然而针对如此众多的控制器,目前没有系统、全面的比较。由于缺乏足够的依据,研究人员只能凭借自己的经验或直觉来选择控制器。为了解决这个问题,对目前主流的SDN控制器在架构和性能上进行了系统的分析比较,并采用Cbench和Mininet对部分开源控制器进行了性能测试,同时针对单一控制器的性能问题,对现有的多控制器控制平面设计进行了分析综述。该研究结果对于研究人员选取正确的控制器具有重要的参考意义。

关键词：软件定义网络控制器分布式控制器性能比较

面向高可靠片上网络通信的低成本可重构路由算法

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面向高可靠片上网络通信的低成本可重构路由算法