メモリスロット装着型ネットワークインタフェースDIMMnetの研究・開発

内存插槽安装网络接口DIMMnet的研发

• 批准号: 07J02923
• 负责人: 辻 聡
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J02923/
• 关键词: PCクラスタ; メモリバス; MPI

本研究では、並列分散処理用の標準的なライブラリであるMPI(Message Passing Interface)の処理をホストプロセッサに代わり、ネットワークインタフェースコントローラ(NIC)上で行うことで、ホストプロセッサの負荷や通信遅延の低減を実現するために、通信キューの探索処理、及び派生データ型通信を処理する機構をハードワイヤードで実装・評価した。派生データ型とは、メモリ上に不連続に存在するデータを1つの型として定義したものであり、これを用いた通信を利用すると、アプリケーション開発の効率が向上する。しかし、派生データ型通信の内部では、送信側での不連続なデータの連続化(Pack)、受信側での連続データの不連続化(Unpack)が行われる。これはメモリに対する不連続アクセスを伴うため、PCに用いられているようなキャッシュアーキテクチャのプロセッサでは高い性能を期待できない。そこで、NIC上でPack/Unpack処理を行うことで、派生データ型通信の性能を改善することで、これを用いたアプリケーションの性能を改善することが可能となる。評価の結果、通信キューの探索処理は商用のPCクラスタ用ネットワークインタフェースよりも低遅延で実行することが可能であり、また、派生データ型通信においてはスループットが5倍以上改善した。さらに、DIMMnet-2の基本通信性能の評価をとりまとめ、博士論文を執筆した。また、一方で、DDR2-SDRAMに対応したDIMMnetであるDIMMnet-3のNICの開発に着手し、マザーボードによって異なるメモリバスのデータ線、アドレス線の並びを調査する汎用的な手法を考案した。本手法はNICがFPGAであることを利用し、メモリバスから書き込んだデータを、SPDROMが接続されているシリアルバスであるSMBus側に出力することで実現する。

在本研究中，我们将通过在网络接口控制器（NIC）而不是主机处理器上处理MPI（消息传递接口）（一种用于并行分布式处理的标准库）来减少主机处理器的负载和通信延迟。为了实现这一目标，我们实现并评估了用于搜索通信队列和处理派生数据类型通信的硬连线机制。派生数据类型是内存中不连续存在的一类数据，使用该类型进行通信可以提高应用程序开发的效率。然而，在派生数据类型通信中，不连续数据在发送侧被串行化（打包），而连续数据在接收侧被解包。由于这涉及到对内存的不连续访问，因此无法期望具有高速缓存架构（例如 PC 中使用的处理器）的处理器具有高性能。因此，通过在NIC上执行Pack/Unpack处理来提高派生数据类型通信的性能，可以提高使用它的应用程序的性能。评估结果显示，与商用PC集群网络接口相比，通信队列搜索过程可以以更低的延迟执行，并且派生数据类型通信的吞吐量提高了5倍以上。此外，他还编写了 DIMMnet-2 基本通信性能的评估并撰写了博士论文。另一方面，我们开始开发与 DDR2-SDRAM 兼容的 DIMMnet-3 的 NIC，并设计了一种通用方法来研究内存总线数据线和地址线的排列（根据主板的不同而不同）。该方法利用了网卡是FPGA的特点，通过将从内存总线写入的数据输出到SMBus侧（即SPDROM所连接的串行总线）来实现。

项目成果

メッセージ頭部の格納場所切替によるメッセージ交換の高速化

通过切换消息头的存储位置来加速消息交换

• 发表时间: 2007
• 作者: 田邊 昇

Collaboration with a Small Accelerator on NIC and a Cache-based CPU for Scalable MPI Queue Processing

与 NIC 上的小型加速器和基于缓存的 CPU 协作，实现可扩展的 MPI 队列处理

• 发表时间: 2008
• 作者: Noboru Tanabe

メッセージ頭部の格納場所切替によるメッセージバッファ検索の高速化

通过切换消息头的存储位置来加速消息缓冲区搜索

• 发表时间: 2007
• 作者: 田邊 昇

MPI派生データ型通信支援機構のDIMMnet-2への実装と評価

DIMMnet-2 上 MPI 派生数据类型通信支持机制的实现和评估

• 发表时间: 2007
• 作者: 北村 聡(旧性の北村で発表)

MPI派生データ型通信支援機構のDIMMnet-2への実装と評価

DIMMnet-2 上 MPI 派生数据类型通信支持机制的实现和评估

• 发表时间: 2007
• 作者: 宮部 保雄