STC104

Коммутатор STC104 , также известный как коммутатор C104 на ранних этапах своего развития, представляет собой микросхему асинхронной маршрутизации пакетов , разработанную для построения высокопроизводительных компьютерных сетей связи «точка-точка». Он был разработан INMOS в 1990-х годах и стал первым примером чипа маршрутизации пакетов общего назначения. Это был также первый чип маршрутизации, реализовавший маршрутизацию через червоточины , отделивший размер пакета от протокола управления потоком и реализовавший интервальную и двухфазную рандомизированную маршрутизацию. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

STC104 имеет 32 двунаправленных канала связи, называемых DS-Links, каждый из которых работает со скоростью 100 Мбит/с. Эти каналы соединены неблокируемой перемычкой , которая позволяет одновременную передачу пакетов между всеми входными и выходными каналами.

Переключение

STC104 использует переключение «червоточины» для уменьшения задержки и требований к буферизации для каждого канала. Коммутация «червоточины» работает путем разделения пакетов на фрагменты фиксированного размера (называемые flits ) для передачи, что позволяет передавать пакет по конвейеру в сети. Первое переключение заголовка открывает маршрут (или канал ) через каждый коммутатор в сети, позволяя последующим переключениям не испытывать задержки переключения. Последний полет замыкает маршрут. ^{[ 3 ]}

Поскольку смена заголовка может происходить независимо от последующих смен, задержка пакета не зависит от его размера. Следовательно, объем буферизации, обеспечиваемой каналами, также можно выбирать независимо от размера пакета. Более того, общие требования к буферизации невелики, поскольку обычно для каждого канала необходимо хранить лишь небольшое количество флитов. В этом отличие от коммутации с промежуточным хранением , при которой весь пакет должен быть буферизован в каждой конечной точке канала.

Маршрутизация

Сообщения маршрутизируются в сетях C104 с использованием интервальной маршрутизации. ^{[ 4 ]} В сети, где каждому пункту назначения присвоен уникальный номер, интервальная маршрутизация связывает непересекающиеся смежные диапазоны пунктов назначения с каждым выходным каналом. Выходная ссылка для пакета выбирается путем сравнения пункта назначения (содержащегося в заголовке пакета) с каждым интервалом и выбора того, который содержит пункт назначения. ^{[ 5 ]} Преимущества интервальной маршрутизации заключаются в том, что ее достаточно для обеспечения детерминированной маршрутизации в ряде топологий сети, и ее можно реализовать просто с помощью поиска на основе таблиц, что позволяет принимать решения о маршрутизации с низкой задержкой. Интервальная маршрутизация может использоваться для реализации эффективных стратегий маршрутизации для многих классов обычной сетевой топологии. ^{[ 6 ]}

В некоторых сетях несколько каналов будут подключаться к одному и тому же STC104 или конечной точке процессора или к набору эквивалентных устройств. В этом случае STC104 предоставляет механизм групповой адаптивной маршрутизации , при котором пакеты каналов могут использовать один и тот же интервал, а канал выбирается адаптивно из пакета на основе его доступности. ^{[ 7 ]} Этот механизм позволяет эффективно использовать доступную пропускную способность канала, гарантируя, что пакет не будет ждать соединения, пока доступен другой эквивалентный канал.

Дополнительной возможностью интервальной маршрутизации является разделение сети на независимые подсети. Это можно использовать для предотвращения взаимоблокировок или для разделения высокоприоритетного трафика для беспрепятственного прохождения.

Удаление заголовка

Для поддержки маршрутизации в иерархических сетях, таких как многоступенчатые сети типа «бабочка» или Clos , STC104 предоставляет механизм удаления заголовка. Каждый выходной канал, подключенный к следующему уровню иерархии, может быть запрограммирован на отбрасывание заголовка, чтобы пакет впоследствии маршрутизировался по новому заголовку пакета, который непосредственно предшествует удаленному. ^{[ 8 ]}

Удаление заголовка также можно использовать для реализации двухфазной рандомизированной маршрутизации. Двухфазная рандомизированная маршрутизация — это метод предотвращения конфликтов в сети, который работает путем маршрутизации пакетов к случайно выбранному промежуточному узлу перед их маршрутизацией к месту назначения. ^{[ 9 ]} В результате весь трафик сводится к среднему наихудшему сценарию с предсказуемой задержкой и пропускной способностью. Двухфазная рандомизированная маршрутизация реализуется STC104 путем настройки каналов, по которым трафик поступает в сеть, для добавления к заголовку случайного пункта назначения. Пунктом назначения является другое устройство STC104, которое распознает заголовок и отбрасывает его перед маршрутизацией к фактическому месту назначения.

Поскольку случайная маршрутизация сообщений через промежуточный пункт назначения может создавать циклические зависимости между различными пакетами, взаимоблокировка может возникнуть . Однако тупика можно избежать, разделив сеть на два компонента: один для фазы рандомизации и один для фазы назначения. ^{[ 10 ]}

Топологии сети

STC104 можно использовать для построения различных сетевых топологий, включая многомерные сетки и торы , гиперкубы и сети Clos (и тесно связанное с ними Fat Tree ). ^{[ 11 ]}

Ссылки на ДС

Каналы STC104 называются DS-Links. Одиночный DS-Link представляет собой однонаправленное асинхронное соединение с управлением потоком, работающее последовательно, с пропускной способностью до 100 Мбит/с. ^{[ 12 ]}

Физически DS-Link реализуется с двумя проводами: проводом данных, по которому передается сигнал, и стробоскопом, который меняется только тогда, когда данные отсутствуют. Стробоскопический сигнал позволяет приемнику восстановить часы передатчика и синхронизировать приемник с ними. Это позволяет передатчику и приемнику поддерживать свои собственные часы с потенциально изменяющейся частотой и фазой.

DS-Link реализует передачу данных по проводам с использованием протокола токена. Токен может содержать либо один байт данных, либо управляющее сообщение, например, управление потоком, конец пакета, конец сообщения. Один бит определяет тип токена, а дополнительная четность используется для обнаружения ошибок. Таким образом, байт кодируется 10 битами, а управляющий токен кодируется 4 битами.

Каждый канал DS имеет буфер, достаточно большой для хранения восьми токенов. Чтобы предотвратить получение токенов, когда буфер заполнен, управления потоком используется механизм на уровне токенов. Этот механизм автоматически отправляет управляющие токены отправителю, когда в буфере есть место.

Микроархитектура

STC104 можно классифицировать как MIMD- процессор специального назначения с распределенным управлением. ^{[ 1 ]} Основными компонентами являются 32 сегмента каналов , подключенных к перекрестной панели, и логика для глобальных служб, таких как инициализация и сброс. Каждый срез канала обеспечивает один вход и выход с парой каналов DS-Link и дополнительной логикой для реализации функций маршрутизации и обеспечения буферизации. Срезы каналов работают одновременно и независимо, их состояние определяется только параметрами конфигурации и данными, протекающими через них.

Физическая реализация

STC104 был спроектирован и изготовлен по 1,0-микронной КМОП-технологии (SGS-Thomson HCMOS4) с тремя металлическими слоями для трассировки. Чип имел площадь примерно 204,6 мм. ², имел 1,875 миллиона транзисторов и рассеивал до 5 Вт мощности, работая на частоте 50 МГц. ^{[ 1 ]}

Примечания

^ Jump up to: ^а ^б ^с Томпсон 1994 .
^ Май 1993 г.
^ Май 1993 г. , Глава 3.
^ Ван Леувен 1987 .
^ Май 1993 г. , Раздел 3.6.3.
^ Джонс 1997 , раздел 3.4.
^ Май 1993 г. , Раздел 3.6.5.
^ Май 1993 г. , Раздел 3.6.2.
^ Валиант 1982 .
^ Май 1993 г. , 1.6.1.
^ Джонс 1997 .
^ Май 1993 г. , Глава 3, Глава 4.

Ссылки

Томпсон, П.; Льюис, Дж. (1994). «Чип маршрутизации пакетов STC104» . Проектирование СБИС . 2 (4): 305–314. дои : 10.1155/1995/92096 .
Мэй, доктор медицины; Томпсон, PW; Уэлч, П. Х., ред. (1993). Сети, маршрутизаторы и транспьютеры: функции, производительность и приложения . ИНМОС Лимитед. ИОС Пресс.
Джонс, Нью-Джерси; Дэвис, Массачусетс; Райт, CJ (1997). Справочник сетевого дизайнера . ИОС Пресс.
Асинхронный коммутатор пакетов INMOS STC104 Технические данные (Технический отчет). СГС-Томпсон Микроэлектроника. Июнь 1996 года.
Ван Леувен, Ян; Тан, Ричард Б. (1987). «Интервальная маршрутизация» . Компьютерный журнал . 30 (4): 298–307. дои : 10.1093/comjnl/30.4.298 .
Валиант, Лесли Г. (1982). «Схема быстрой параллельной связи». SIAM Journal по вычислительной технике . 11 (2): 350–361. дои : 10.1137/0211027 .

См. также

Внешние ссылки

[FOOTNOTEThompson1994-1] Jump up to: ^а ^б ^с Томпсон 1994 .

[FOOTNOTEMay1993-2] Май 1993 г.

[FOOTNOTEMay1993Chapter_3-3] Май 1993 г. , Глава 3.

[FOOTNOTEVan_Leeuwen1987-4] Ван Леувен 1987 .

[FOOTNOTEMay1993Section_3.6.3-5] Май 1993 г. , Раздел 3.6.3.

[FOOTNOTEJones1997Section_3.4-6] Джонс 1997 , раздел 3.4.

[FOOTNOTEMay1993Section_3.6.5-7] Май 1993 г. , Раздел 3.6.5.

[FOOTNOTEMay1993Section_3.6.2-8] Май 1993 г. , Раздел 3.6.2.

[FOOTNOTEValiant1982-9] Валиант 1982 .

[FOOTNOTEMay19931.6.1-10] Май 1993 г. , 1.6.1.

[FOOTNOTEJones1997-11] Джонс 1997 .

[FOOTNOTEMay1993Chapter_3,_Chapter_4-12] Май 1993 г. , Глава 3, Глава 4.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]