Evaluación de topologías de sistema basadas en routers de alto grado

Abstract

Las distintas aplicaciones en las que se emplean los sistemas de computación de altas prestaciones requieren una alta capacidad de cómputo. En la actualidad sólo se puede alcanzar mediante el empleo de múltiples nodos de cómputo unidos a traves de una red de interconexión. En los últimos años se han propuesto diversas topologías de red para sistemas de HPC con el objetivo de alcanzar 1 Exaflop (10^18 instrucciones de punto flotante por segundo). En este trabajo vamos a analizar dos de ellas, la red Dragonfly y los toros concentrados. Las redes Dragonfly se han desarrollado orientadas al uso de routers de alto grado y con el objetivo de mantener un bajo coste de implementación a la par que una alta escalabilidad. Los toros concentrados son una variante de las redes toroidales en las que se incrementa el número de nodos de cómputo unidos al router y el número de enlaces de red. El objetivo de este trabajo es determinar las prestaciones que cada topología puede ofrecer, y seleccionar el escenario de aplicación en el que su uso es más acertado. Con este fin vamos a realizar un análisis realista de la escalabilidad, coste y rendimiento de ambas topologías para distintos tamaños de red. Para los cálculos más técnicos vamos a tomar como referencia a las tecnologías commodity, de modo que los resultados obtenidos sean alcanzables con tecnologías actuales o disponibles en un futuro próximo. Este trabajo propone una relación entre los parámetros del toro concentrado que permite garantizar un correcto aprovechamiento del ancho de banda de la bisección. Con este trabajo se aporta una evaluación de la escalabilidad de la red, restringida a casos en los que la red está correctamente dimensionada de modo que el ancho de banda de la bisección no limite el rendimiento. También se desarrolla un estudio del coste de la red, considerando la distribución física de los elementos. Además se proporcionan nuevas herramientas para el análisis del rendimiento y se analizan los resultados obtenidos. En definitiva, el trabajo supone una comparativa entre dos topologías de interés para los sistemas de HPC actuales. Los resultados obtenidos muestran que los toros concentrados tienen un rendimiento superior y un coste menor a las Dragonflies para tamaños de red intermedios (menos de 10000 nodos de cómputo) empleando routers de alto grado, hasta 64 puertos.