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Árbol gordo

Un árbol gordo
Un árbol gordo de 2 niveles con conmutadores de 8 puertos

La red de árboles gordos es una red universal para comunicaciones demostrablemente eficientes. [1] Fue inventada por Charles E. Leiserson del Instituto Tecnológico de Massachusetts en 1985. [1] Los árboles n-k-arios, el tipo de árboles gordos que se utilizan comúnmente en la mayoría de las redes de alto rendimiento, se formalizaron inicialmente en 1997. [2]

En una estructura de datos en forma de árbol , cada rama tiene el mismo grosor (ancho de banda), independientemente de su lugar en la jerarquía: todas son "delgadas" ( delgadas en este contexto significa de bajo ancho de banda ). En un árbol ancho, las ramas más cercanas a la parte superior de la jerarquía son "más gruesas" que las ramas más abajo en la jerarquía. En una red de telecomunicaciones , las ramas son enlaces de datos ; el grosor variado (ancho de banda) de los enlaces de datos permite un uso más eficiente y específico de la tecnología. [ cita requerida ]

Las topologías de malla e hipercubo tienen requisitos de comunicación que siguen un algoritmo rígido y no pueden adaptarse a tecnologías de empaquetado específicas. [3]

Aplicaciones en supercomputadoras

Las supercomputadoras que utilizan una red de árbol gordo [4] incluyen las dos más rápidas a fines de 2018, [5] Summit [6] y Sierra , [7] así como Tianhe-2 , [8] Meiko Scientific CS-2, Yellowstone , Earth Simulator , Cray X2 , Connection Machine CM-5 y varias supercomputadoras Altix . [ cita requerida ]

Mercury Computer Systems aplicó una variante de la topología de árbol gordo (la red de hiperárbol ) a sus multicomputadoras . [ cita requerida ] En esta arquitectura, se organizan de 2 a 360 nodos de cómputo en una red de árbol gordo conmutada por circuitos . [ cita requerida ] Cada nodo tiene memoria local que puede ser mapeada por cualquier otro nodo. [ vago ] Cada nodo en este sistema heterogéneo podría ser un Intel i860 , un PowerPC o un grupo de tres procesadores de señal digital SHARC . [ cita requerida ]

La red de árbol gordo era particularmente adecuada para los cálculos de transformada rápida de Fourier , que los clientes utilizaban para tareas de procesamiento de señales como radar , sonar e imágenes médicas . [ cita requerida ]

Topologías relacionadas

En agosto de 2008, un equipo de científicos informáticos de la UCSD publicó un diseño escalable para la arquitectura de red [9] que utiliza una topología inspirada en la topología de árbol grueso para lograr redes que se escalan mejor que las redes jerárquicas anteriores. La arquitectura utiliza conmutadores básicos que son más económicos y más eficientes energéticamente que los conmutadores modulares de alta gama para centros de datos.

Esta topología es en realidad una instancia especial de una red Clos , en lugar de un árbol grueso como el descrito anteriormente. Esto se debe a que los bordes cerca de la raíz son emuladas por muchos enlaces a padres separados en lugar de un único enlace de alta capacidad a un solo padre. Sin embargo, muchos autores continúan utilizando el término de esta manera.

Referencias

  1. ^ ab Leiserson, Charles E (octubre de 1985). "Fat-trees: redes universales para supercomputación con eficiencia de hardware" (PDF) . IEEE Transactions on Computers . 34 (10): 892–901. doi :10.1109/TC.1985.6312192. S2CID  8927584.
  2. ^ Petrini, Fabrizio (1997). "K-ary n-trees: High performance networks for massively parallel architectures" (Árboles n-K-arios: redes de alto rendimiento para arquitecturas masivamente paralelas). Actas del 11.º Simposio Internacional de Procesamiento Paralelo . Vol. doi: 10.1109/IPPS.1997.580853. págs. 87–93. doi :10.1109/IPPS.1997.580853. ISBN 0-8186-7793-7.S2CID6608892  .​
  3. ^ Leiserson, Charles E.; Abuhamdeh, Zahi S.; Douglas, David C.; Feynman, Carl R.; Ganmukhi, Mahesh N.; Hill, Jeffrey V.; Daniel Hillis, W.; Kuszmaul, Bradley C.; St. Pierre, Margaret A.; Wells, David S.; Wong, Monica C.; Yang, Shaw-Wen; Zak, Robert (1992). "La arquitectura de red de la máquina de conexión CM-5". SPAA '92 Actas del cuarto simposio anual de la ACM sobre algoritmos y arquitecturas paralelas . ACM. págs. 272–285. doi :10.1145/140901.141883. ISBN 978-0-89791-483-3.S2CID6307237  .​
  4. ^ Yuefan Deng (2013). "3.2.1 Sistemas de hardware: interconexiones de red: topología". Computación paralela aplicada . World Scientific. pág. 25. ISBN 978-981-4307-60-4.
  5. ^ "TOP500 de noviembre de 2018". TOP500 . Noviembre de 2018 . Consultado el 11 de febrero de 2019 .
  6. ^ "Summit - La próxima supercomputadora de alto rendimiento del Laboratorio Nacional de Oak Ridge". Oak Ridge Leadership Computing Facility . Consultado el 11 de febrero de 2019 .
  7. ^ Barney, Blaise (18 de enero de 2019). "Uso de sistemas Sierra de LC - Hardware - Red InfiniBand Mellanox EDR - Topología y configuración de Sierra de LC". Laboratorio Nacional Lawrence Livermore . Consultado el 11 de febrero de 2019 .
  8. ^ Dongarra, Jack (3 de junio de 2013). "Visita a la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa de Changsha, China" (PDF) . Netlib . Consultado el 17 de junio de 2013 .
  9. ^ Al-Fares, Mohammad; Loukissas, Alexander; Vahdat, Amin (2008). "Una arquitectura de red de centro de datos escalable y de consumo" (PDF) . Actas de la conferencia ACM SIGCOMM 2008 sobre comunicación de datos . ACM. págs. 63–74. doi :10.1145/1402958.1402967. ISBN . 978-1-60558-175-0.S2CID65842  .​

Lectura adicional