REDES DE INTERCONEXIÓN Tolstanov, Ezequiel Arquitectura Avanzada 2º Cuatrimestre de 2011

INTRODUCCIÓN Las tecnologías evolucionan, avanzan, se diversifican y multiplican exponencialmente con el transcurso de los años. Esto conlleva a un crecimiento en la demanda de aplicaciones, tanto a nivel hard como a nivel soft. Con el tiempo observamos que la mejor forma de maximizar el rendimiento de los sistemas es distribuir el trabajo “paralelizando” las ejecuciones.

INTRODUCCIÓN (Cont’d) Para lograr distribuir el trabajo, es necesario contar con un hard subyacente confiable y veloz, de manera de no generar cuellos de botella en la “distribución” de la información a procesar. Trabajaremos con 2 enfoques: Memoria Compartida Los recursos se comparten entre todos los componentes Paso de Mensajes Se trabaja con “copias” de información

CARACTERÍSTICAS Definimos nodo como “Cualquier dispositivo que se quiera conectar a la red, como ser un elemento de proceso, módulo de memoria, procesador de entrada/salida, etc.” Elementos de las redes: Grado Productividad Diámetro Hotspot Ancho de Bisección Escalabilidad Latencia Simetría Conectividad

ELEMENTOS DE CONMUTACIÓN Para no congestionar el entorno de trabajo, utilizamos conmutación selectiva, para que sólo los nodos interesados reciban la información adecuada y no generar tráfico superfluo. Estos conmutadores son denominados “Conmutadores p x q” (con “p” entradas y “q” salidas). Existen varias alternativas de conmutación, entre ellas, la “Directa”, “Cruzada”, “Difusión Superior” y “Difusión Inferior”.

ELEMENTOS DE CONMUTACIÓN (Cont’d) Directa Cruzada Difusión Superior Difusión Inferior 1 1 1 1 1 1 1 1

PERMUTACIONES En función del tipo de conexión buscada, se permutan los nodos participantes. Como sabemos, las permutaciones posibles de un conjunto de cardinal n es n! Existen varios tipos de permutaciones: k-shuffle Perfect shuffle inverso Perfect shuffle Butterfly shuffle

PERMUTACIONES (Cont’d) k-shuffle: La idea del k-shuffle es dividir a los nodos en k grupos de m integrantes cada uno y numerarlos. Luego, tomar el primer nodo de cada grupo y pasarlo de manera “rotativa” al otro grupo. Este nuevo orden de k*m cartas estará dada por la permutación denominada Sk*m

PERMUTACIONES (Cont’d) Veamos un ejemplo de un k-shuffle: Tomemos 8 elementos y los dividimos en 4 grupos (Es decir, k=2, m=4) Ahora, debemos plasmar la fórmula explicada anteriormente: S2*4(0)= 0 mod 7 => 0 S2*4(1)= 2 mod 7 => 2 S2*4(2)= 4 mod 7 => 4 S2*4(3)= 6 mod 7 => 6 S2*4(4)= 8 mod 7 => 1 S2*4(5)= 10 mod 7 => 3 S2*4(6)= 12 mod 7 => 5 S2*4(7)= 7 => 7

PERMUTACIONES (Cont’d) Perfect Shuffle: Es un caso particular del k-shuffle (más precisamente, un 2-shuffle como vimos). Si el número de elementos es potencia de 2, rotamos un lugar a la izquierda cada bit. (0) 000  000 (0) (1) 001  010 (2) (2) 010  100 (4) (3) 011  110 (6) (4) 100  001 (1) (5) 101  011 (3) (6) 110  101 (5) (7) 111  111 (7)

PERMUTACIONES (Cont’d) Antes y después de un Perfect Shuffle Butterfly Shuffle de 8 elementos de orden 1 Butterfly Shuffle de 8 elementos de orden 2

CLASIFICACIÓN La rigidez con la que se enlazan los nodos participantes es uno de los criterios más importantes a la hora de interconectarlos. Este “rigidez” se puede clasificar como estática o dinámica. Las redes estáticas no cambian una vez instaladas, y sólo pueden crecer. Las redes dinámicas pueden variar su topología, incluso durante la ejecución de los procesos.

REDES ESTÁTICAS Emplean enlaces directos fijos entre los nodos. Estos enlaces, una vez implantado el sistema, son difíciles de cambiar, por lo que su escalabilidad es muy baja. Pueden (y deben) utilizarse en aquellos sistemas en los cuales se puede “predecir” el tipo de tráfico entre los procesadores.

REDES ESTÁTICAS (Cont’d) Formación Lineal: Se trata de una red unidimensional en que los N nodos se conectan con el siguiente mediante N-1 enlaces, formando así una línea:

REDES ESTÁTICAS (Cont’d) Anillo / Anillo Cordal: Sucede lo mismo que en la formación lineal, excepto que los extremos también se conectan entre sí. Si cada nodo incrementara su valencia (llevándola de 2 a 3 o 4) se trataría de un anillo cordal.

REDES ESTÁTICAS (Cont’d) Red totalmente conectada: Se desprende como un caso especial de Anillo, donde todos los elementos se conectan entre sí, y el grado de cada nodo es igual a la cantidad de nodos – 1:

REDES ESTÁTICAS (Cont’d) Barrel Shifter: Posee un buen equilibrio entre complejidad y eficiencia. Aquí, el nodo i se conecta con todos los nodos j que cumplen la condición |i - j| = 2r para todo r entre 0 y k - 1 donde k = log2 N:

REDES ESTÁTICAS (Cont’d) Mallas y toros: Una malla k-dimensional tiene lk nodos, donde l es el número de nodos por lado. El grado de los nodos varía entre k para los vértices hasta 2k en los nodos más interiores por lo que esta red no resulta regular y su diámetro viene dado por k(l - 1). Esta red de interconexión es muy utilizada en la práctica. Las redes en toro son mallas en que sus filas y columnas tienen conexiones en anillo, esto contribuye a disminuir su diámetro. Esta pequeña modificación permite convertir a las mallas en estructuras simétricas y además, reduce su diámetro a la mitad.

REDES DINÁMICAS Son redes para propósitos generales, porque son fácilmente configurables y adaptables, lo que las hace, en consecuencia, escalables.

REDES DINÁMICAS (Cont’d) Red de BUS: Se define como un conjunto de líneas que permite comunicar selectivamente cierto número de componentes/dispositivos. Sólo puede manejar una sola transferencia al mismo tiempo => El dispatcher se encargará de ordenar la prioridad de las transferencias para no saturar el bus.

REDES DINÁMICAS (Cont’d) Redes de líneas cruzadas (crossbar): Cada nodo se conecta a todos los demás a través de un crossbar switch. Parecido a una central PBX donde los nodos en comunicación se conectan a demanda (recordar conmutación por circuitos):

REDES DINÁMICAS (Cont’d) Redes multietapa (Multistage Interconnection Network): Formada por una serie de módulos conmutadores p x q. Estos conmutadores pueden cambiar dinámicamente de posición, dependiendo la comunicación que se va a establecer.

FIN