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基于超立方体的新型网络结构的研究与设计

牟远平  
【摘要】:随着超大规模集成电路和并行计算机的快速发展,并行计算机系统不仅在计算能力上要求处理器的运算速度越来越快,而且在解决问题规模上要求处理器的数目是越来越多。为了达到加快求解速度和提高大规模应用问题求解能力的目的,科研人员在原有简单的互联网络结构的基础上提出了用高维互联网络结构来进行设计并实现。并行计算是指在并行计算机上,将一个应用任务分解成的多个子任务分配给不同的计算机,各个计算机之间协同地并行地执行子任务的过程。因为互联网络结构是构成并行计算机系统并且决定系统通信性能的关键因素,所以在并行计算研究领域,互联网络的拓扑结构一直是科研人员的密切关注问题。因此,开展并行计算机系统的互联网络结构研究具有重要的理论及现实意义。 针对现有互联网络结构硬件成本开销较大、通信成本较高、高维扩展性能较差等问题,本文研究并设计了2种新型的互联网络结构,基于交换的交叉立方体网络和基于扩展的折叠立方体网络。我提出并证明了这2种网络结构比超立方体网络和他的变形网络具有更好的拓扑性质,例如更小的网络直径、更低硬件成本开销等等。这意味着消息在网络节点之间的通信需要的时间缩短了,组建大规模并行计算机系统的硬件成本降低了。此外,它们还保持了其他优秀的性质,包括递归结构、对称性、易分割、强连通性等。在给出这种新型网络结构的概念、拓扑性质同时,给出了最优路由算法和广播算法并说明了这两种网络结构比现有网络更有效率。


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