工作站機羣

在工作站集羣系統中，影響並行計算效率的主要因素是數據通信，其中包括通信軟件和硬件互聯網絡的性能。工作站集羣互聯網絡多采用通信卡結合互聯交叉開關構成層次式網絡結構, 數據傳輸率的峯值性能能夠達到4.2Gbps (64位66MHz PCI 總線)。隨着對互聯帶寬需求的提高，數據傳輸技術成為構造高效工作站集羣的關鍵之一。

工作站集羣系統中的硬件互聯部分主要包括網絡接口和交叉開關部分。網絡接口是實現數據從計算機內部與外部交換的硬件部件，由於直接利用商用工作站作為計算平台，一般都採用插卡式網絡接口部件，與工作站的外部I/O總線連接。網絡接口主要完成大量成塊數據的DMA直傳任務，將計算任務要發送的數據自動從內存取出，成組發送，或將緩衝到達的數據，直接寫入內存，CPU僅參與數據發送的啓動和接收數據的處理。一般包括一塊專用集成電路或微處理器和大容量緩衝存儲器。網絡交叉開關是連接多台工作站進行工作站間數據交換的硬件。網絡交叉開關可以是多級互聯構成的層次結構。層次結構模型是比較適合工作站集羣的一種拓撲結構，它可以靈活配置、可擴展性好。圖1給出了工作站集羣一般的拓撲結構、結點機結構和網絡接口結構 ^[1]  。

在網絡接口部件中，數據在工作站的I/O總線和網絡接口控制器之間傳輸，採用同步數據傳輸模式。最高性能的PCI總線可以實現66MHz、64位數據傳輸，數據傳輸率為4.2Gbps，其物理上的連線長度僅在5cm左右。如果採用這種方式連接網絡接口與互聯開關存在以下問題：首先是連接距離太短，不適合工作站集羣方式下的分佈並行體系結構；其次是數據位太寬、影響交叉開關集成電路的實現，如果要構造8*8交叉開關，至少需要1024條I/O引腿，這在實際工程設計中，是無法實現的。因此通常採用時鐘域變換技術，通過變窄數據寬度，同時提高時鐘頻率的方法達到同樣的數據傳輸性能。一般數據為16位寬，如果要達到4.2Gbps的數據傳輸率，其時鐘頻率要達到264MHz以上，在實際工程設計中主要的問題是頻率高，信號衰減大，傳輸距離受到限制。主要採用源同步倍頻技術結合差分信號傳輸技術來實現。如果要達到這樣高的數據傳輸率, 同時保證系統連接的靈活性, 支持較長距離數據通信, 必須採用基於串行鏈路無全局時鐘同步的傳輸技術。