一种低开销的面向节点内互连的网络接口控制器-计算机学报.PDF

第 37 卷 计 算 机 学 报 Vol. 37 2014 论文在线出版号 No.31 CHINESE JOURNAL OF COMPUTERS Online Publishing No.31 一种低开销的面向节点内互连的网络接口控制器 1),2) 2) 1),2) 1),2) 2) 2) 2) 苏勇 , 曹政 , 刘飞龙 , 王展 , 刘小丽 , 安学军 , 孙凝晖 1)( 中国科学院大学计算机与控制工程学院 北京 100190) 2)(计算机体系结构国家重点实验室，中国科学院计算技术研究所 北京 100190) 摘 要 高性能计算和云计算的飞速发展对高性能互连网络的设计提出了越来越高的要求：除了要保证高带宽、低延迟和 高可靠性等特性，还要面临成本和系统规模的挑战。本文针对这些特性和挑战提出了一种低开销的基于 cHPP 体系结构的超 《 节点网络接口控制器：1）设计了兼容PCIe 的网络通信协议，降低协议转换开销、减少通信延迟并增强系统可扩展性能；2 ） 采用 PCIe 高速通信接口并支持用户级通信提高软硬件交互效率，面向 MPI 编程模型抽象出高效通信原语（如 NAP ，PUT 和 计 GET ）加速大数据传输；3 ）硬件支持I/O 虚拟化实现超节点内对网络接口控制器的高效共享。为了对本文的设计进行功能和 性能验证，文章基于 FPGA 实现了系统原型，实验结果显示最低延迟为 1.242μs，有效数据带宽可达 3.19 GB/s 。 算 关键词 互连；网络接口控制器；直接存储器访问；PCI Express ；I/O 虚拟化 中图法分类号： TP303 机 A Low Overhead Intra-node Interconnection Oriented Network Interface 学Controller SU Yong1),2), CAO Zheng2), LIU FeiLong1),2), WANG Zhan 1),2), LIU XiaoLi 2) , AN XueJun 2) ,SUN NingHui 2) 1) 报 (Institute of Computer and Control Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100 190) 2) (State Key Laboratory of Computer Architecture, Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190) 》 Abstract High performance computing and Cloud Computing are requiring the interconnection network: not only 提 high bandwidth, low latency and high reliability, but also low cost and high scalability. To address these challenges, a low overhead hyper-node network interface controller (NIC) for cHPP architecture is proposed : 1) a 前 PCI