Encaminamiento no mínimo en redes indirectas y sus aplicaciones

Abstract

Los sistemas High Performance Computing (HPC) están destinados a resolver problemas computacionales complejos de gran tamaño, por lo que su rendimiento tiene un impacto importante en la eficiencia de las aplicaciones paralelas que ejecutan. Hoy en día contribuyen significativamente en el avance tecnológico y son indispensables en el desarrollo de modelos de lenguaje grandes y del aprendizaje automático. Es por ello por lo que cobran importancia las redes de interconexión, que conectan cientos de miles de nodos de cómputo. Como parte de este Trabajo de Final de Grado se estudian el Fat-Tree, una de las topologías más populares en la supercomputación, y el Orthogonal Fat-Tree (OFT). El OFT se diferencia del primero en que es menos costoso y más escalable, aunque presenta ciertas desventajas con tráfico adverso. Asimismo se estudia la topología Random Folded Clos (RFC) que destaca por su gran escalabilidad sin comprometer el rendimiento. Bajo patrones de tráfico más estresantes, el rendimiento de las topologías OFT y RFC empeora si se emplea encaminamiento mínimo, contrariamente al Fat-Tree, lo que impulsa el estudio del encaminamiento no mínimo. Además, la expansión de la RFC puede hacer que pierda conectividad, obligando al uso de este encaminamiento. Con el fin de explorar las ventajas del enrutamiento no mínimo en estas redes, se ha llevado a cabo un estudio experimental con un simulador de redes de interconexión. Por esta razón, fue necesario implementar un algoritmo para dicho enrutamiento en el simulador, cuya utilización ha permitido evaluar el rendimiento de las topologías presentadas.

High Performance Computing (HPC) systems are designed to solve large-scale, complex computational problems, making their performance crucial for the efficiency of the parallel applications they run. Today, they contribute significantly to technological advancement and are indispensable in the development of large language models and machine learning. This highlights the importance of interconnection networks, which connect hundreds of thousands of computing nodes. As part of this undergraduate thesis, we study the Fat-Tree, one of the most popular topologies in supercomputing, and the Orthogonal Fat-Tree (OFT). The OFT differs from the former in being less costly and more scalable, though it presents certain disadvantages under adversarial traffic. Additionally, the Random Folded Clos (RFC) topology, which stands out for its great scalability without compromising performance, is also studied. Under more stressful traffic patterns, the performance of the OFT and RFC topologies deteriorates when using minimal routing, unlike the Fat-Tree, which drives the study of non-minimal routing. Moreover, the expansion of the RFC can cause it to lose connectivity, necessitating the use of non-minimal routing. To explore the advantages of non-minimal routing in these networks, an experimental study was conducted using an interconnection network simulator. For this reason, it was necessary to implement a routing algorithm in the simulator, which allowed for the evaluation of the performance of the presented topologies.