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在迈向E级计算的道路上 Torus只是个开始

2017-12-01 16:05    it168网站原创  作者: 陶然 编辑: 陶然

  【IT168 评论】当高性能计算机的计算能力从P级跃上E级、超级计算机的计算核心数目从几十万个扩展到几百万个,超大规模计算之下各计算单元如何保持高效互连与协同?前不久,在世界超算大会(SC17)上,中科曙光面向全球首发的Torus硅元交换机给出了答案。

  在SC17上,中科曙光发布了一款基于英特尔Omni-Path网络的液冷交换机--Torus硅元交换机,这不仅仅是世界上第一台液冷交换机,包括所采用的Omni-Path网络布局和底层算法,也是经过中科曙光与英特尔联合设计的。它的目标客户群,就是那些大规模的超级计算机。

在迈向E级计算的道路上 Torus只是开始
▲曙光公司高性能计算产品事业部总经理和Intel OPA Marketing Director Joe Yaworski

  曙光公司HPC产品事业部总经理李斌表示:“目前大型超级计算机,特别是准E级或未来的E级系统,在系统规模、扩展性、成本、能耗、可靠性等方面仍面临着严峻挑战。本次发布的硅元交换机是全球首款采用Torus架构的高速网络交换机产品,基于它构建的超级计算机互连网络系统具有领先的性能、超强的扩展能力、极佳的容错能力,是迈向E级的最佳网络技术路线。”

  Torus是曙光应对E级计算挑战的一种解决方案,它的设计理念就是通过高维网络架构和层次化网络系统,使系统具有10万节点的扩展能力,满足百亿亿次计算的需求。当然,这并非是中科曙光第一次提出Torus的概念,早在2015年中科曙光就提出了3D-Torus的概念并发布了相关的产品。只是这次,3D-Torus的应用环境得到了极大的扩展,最高可以达到6D。

  李斌介绍说,曙光公司早在2015年的硅立方高性能计算机中就已实现了三维的3D-Torus。目前,曙光的Torus网络技术研究又有了突破性进展。Torus网络的维度从3D进化到了6D,提高Torus维度能有效降低大规模系统的最长网络跳数。在软件层面,支持6D-Torus的无死锁动态路由算法已经经过实际环境检验;在硬件层面,本次发布的Torus硅元交换机就是一项重要的硬件实现。

  在高性能计算领域,胖树架构(Fat-Free)是非常主流的网络模式,许多我们耳熟能详的超级计算机都在采用类似的架构,包括我们刚才提到的天河二号也是如此。但是伴随着系统规模的进一步提升,胖树的层级拓扑在实际应用中会带来较大的延迟,而且在成本方面也随着系统规模的增加而增大。

  与传统胖树网络拓扑结构相比,强调邻近互连的Torus直接网络在扩展性上具有明显的优势,且网络成本和系统规模呈线性关系。另外,因为具有很多冗余数据通路和采用动态路由,Torus网络也具有天然的容错性优势,这些都是超大规模系统所需要的网络特性,也是国际主流的高速网络技术发展方向。

  “硅元”是指Torus高维直接网络中的一个单元,一个硅元内部采用3D-Torus拓扑结构,多个硅元可以构建更高维的4D/5D/6D-Torus直接网络。将一个3D-Torus硅元集成到一台模块化交换机,能够极大提高系统集成度和密度,减少网络线缆,降低部署复杂度,降低成本。本次发布的Torus硅元交换机可以支持多达192个100Gb高速网络端口,Torus硅元交换机之间通过400Gb专用接口进行互连。

  通过这样的硬件实现,也提高了Torus高速网络技术的覆盖范围,一些中小规模的高性能计算系统也可以更便捷地享用这项先进技术。

  值得一提的是,本次发布的Torus硅元交换机还支持冷板式直接液体冷却,这标志着曙光的液体冷却技术从计算设备延展到了网络系统。液冷技术对提高大规模网络系统的集成度和可靠性、降低能耗等方面同样可以发挥重要的作用。

  当然,无论是6D-Torus还是硅元交换机,都并非是中科曙光的终点。谈到未来时,李斌表示:“我们还将进一步提升硅元交换机的性能,我们也会通过算法与程序,在相对较远的节点之间设置专线,就像城区的快速路那样,实现数据的一站式传输”。

  写在最后,Torus硅元交换机不仅仅立足当下,更是面向未来。无论是最高6D的互联模式还是液冷的散热方式,都意味着这款产品瞄准的是大规模高性能计算机,瞄准了未来的百亿亿次计算时代。相对于这一目标,性能的出色或者成本的节省都是Torus带来的“附属品”。中科曙光正在通往E级计算的道路上前行,Torus只是个开始。

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