Nghiên cứu và Đánh giá Ảnh hưởng của cấu trúc mạng kết nối Đến hiệu năng của siêu máy tính (tt)

MG DAU Đã tử lẫu, di kèm với sự ra đời và phát triển mạnh mẽ của các phẩn cứng máy tính, dem lai loi ich to lớn cho người sử đụng lả sự xuất hiện các siêu máy tính đơn bộ xử lý hiện na

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

NGUYÊN ĐỨC KIÊN

NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁU

TRÚC MẠNG KÉT NÓI ĐÉN HIỆU NĂNG CỦA SIÊU MÁY

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIÊN CÔNG NGHỆ BUY) CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS Hỗ Khánh Lâm

Phân biên 1:

Phản biên 2

Luận vấn sẽ được bảo vệ tước Hội đồng chăm luận vấn thục sĩ lại Học viện

Công nghệ Bưu chỉnh Viễn thông

Vào lúc: gIở ngày

(7ó thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viên của Học viện Công nghệ Bum chính Viễn thông

MG DAU

Đã tử lẫu, di kèm với sự ra đời và phát triển mạnh mẽ của các phẩn cứng máy tính,

dem lai loi ich to lớn cho người sử đụng lả sự xuất hiện các siêu máy tính đơn bộ xử lý hiện

nay đã đạt được tốc đô và hiệu năng mạnh mẽ, đảng kinh ngạc và đạt tởi giới hạn về mặt phần cứng, về mặt vật lý của công nghệ sản xuất Điền này đá đóng lại xu thê đơn xử lý và

đòi hồi phải có một kỹ thuật xử lý tiên tiến khác thay thể để nâng cao hơn nữa khổ năng tính

toán uủa hệ thông xử lý Hiện nay trên thế giới, cáu hộ xử lý tiên tiến, các hệ thông tính toán

tích hợp, phức tạp có tốc độ cao đêu áp đựng kỹ thuật xử lý song sơng, coi đây như là một

kỹ thuật tiên tiền, khả thí, có tỉnh mở cao

'Từ các phân tích trên có thể thấ

ly là ứng đụng các siêu máy tỉnh Đây cũng là mue đich của để tài “Nghiên cứu và đánh giá

„ giải phap hiệu quả nhật để nâng cao hiện năng xử

ảnh hưởng của cầu trúc mạng kết nổi đến hiện năng của siêu máy tỉnh” cửa luận văn

Tội dụng của luận văn báo gồm bá chương,

«_ Chương 1: Tổng quan về siêu máy tính

©- Chương 2: Cấu trúc các nượng kŠt nội của hệ thông đa xử lý ảnh hưởng đến liệu năng

siêu máy tính

© Chuong 3: Banh gid anh hưởng của cần trắc nung kết nỗi đến hiệu năng siểu máy

tỉnh

2

Chuong 1 — TONG QUAN VE SIÊU MÁY TÍNH

1.1 Sự phát triển của công nghệ siêu máy tinh

Một siêu máy tỉnh Ta mat my tính vượt tội trong khả năng và tốc độ xử lý Thuật

ngữ Siêu Tỉnh Toán được dùng lần dầu trơng bảo New York World vao nam 1920 dé néi dén

những bảng tính (2øbsators) lớn của IBM lâm cho trường Đại hoc Columbia Sigu máy tính hiện nay eở tắc độ xử lý hàng trăm teraflop (một teraflop tương đương với hiệu suất một

nghìn tỷ phép tính/giầy) hay bằng tổng hiệu suất của 6.000 chiễc máy tính hiện đại nhật hiện nay gộp lại (một máy có tốc độ khoảng từ 3-3,8gigaflcp) Có thễ hiểu siêu máy tính là hệ Thống những máy tỉnh làm việc song song

Công nghệ siêu máy tính đã được giới thiệu trong những năm 1960 và được thiết kế

đu tiên bởi Soymotr Cray & CDC (Contel Data Corporation), vat sau dé li ở Chay

Research, CDC 6600 được chế tạo năm 1964 được coi lả siêu máy tínữ: đầu tiền Các siêu

máy tỉnh của những năm 1970 chỉ sử dụng ít bộ xử lý Cray 1 với 80 MHz xuất hiện năm

1972 là một siều máy tính thánh công nhật Xăm 1985, Cray 2 với 8 bộ xử lý được làm lạnh

bing chất lòng, thực hện tinh toán với tốc độ 19 GHops (1.9 tỷ phép tinh số đấu

phẩy/giây), và là siêu máy tỉnh nhanh nhất thể giới cho đến 1990 Các siêu máy tính hiện

nay có thể sử dụng tới vài trầu ngàn hỗ xử lý

ké trong website topS00.org, eit sau khoảng thời gim 6 thứng, tổng nồng lực tỉnh toàn của

300 andy tỉnh xuạnh nhảt thể Giới lăng trung bình 30%, lớn hơn sự tăng tốc dộ của vì xử lý

don theo dink luật Moore (2 lần sau mỗi 18 tháng) Tỉnh đền tháng 6/2010

1.2 Phần cứng và kiến trúc của siêu máy tính

Xét theo công suất đốc độ tính toán, độ rồng từ xứ lý, không gian đánh địa chỉ nhớ)

siêu máy tính là loại mạnh nhất nhưng cững là chỉ phí cao nhắt (hàng trăm nghìn, hàng triểu

USD) Trong những năm 70 hầu hét 14 cae sigu may th vector (vector supercomputer)

chuyên ứng đụng để thục hiệu các tỉnh toán veetor liển quan đến các cấu trúc dữ liệu như

các ma trận và các mảng đa chiều

Các hệ thông với số lượng lớn các bộ xử lý trường có thê dược tạo ra bằng hai cách:

Một là: VÌ du, trong tỉnh toàn lưới (Grid computing) công suât tỉnh toán của một số lượng lem các mày tình phần tản, thuộc các nơi quàn trị khác nhau, thích hợp được hắt cứ khi nào sẵn sàng Iai là: Một số lớn các bộ xử lý được sử đung kết hợp với nhau trong một cụm các

3

nủt máy tính, Mỗi nút máy tính sử dựng các bộ xử lý đa lõi (Mulfi-Core prooossors) kế! hợp

thành bộ xử lý Gung lâm là ruội hưởng phút triển chính của công nghệ siêu my thủ hiện

nay, bởi nỏ cho phép kết hop dén hang trim ngàn bộ xử lý

Hệ thông tỉnh toán song song ghép cụm lá các hệ thông máy tính song song được xây

đựng tứ các nút tỉnh toán và thiết bị mạng thông dụng Mối mit tính toán đóng vai trỏ điền khiến vàora là một hệ thông hoàn chỉnh, có khả năng làm việc độc lập IIệ Thống tính toán

song song ghép cụm là cứng một máy tính song song, trong dé: Các tài nguyên tính toán

Táo gồm bộ vì xử lý và bộ nhớ trong Tại môi núi rrày tỉnh, và các tài nguyễn tính toàn này kết nổi qua nưựng (lntoreomeot network) tuyển thông với nhau Mạng kết nội chỉ giới hạn

trong một 1nạng cục bộ (LAN) nhưng có nhiều lựa chọn cầu hình khác nhau, trong đó có một máy tỉnh đóng vai trỏ máy chú (Server), các máy tính côn lại đóng vai trò nút tính toán (Computing node)

Sự thiết lập hệ thẳng tình toàn song sang ghép cum từ những máy tinh có cấu trúc đơn giản sử đụng các công nghệ mang phổ biên đã được bắt đầu từ năm 19941 với mô hình

Beowulf Cluster eda Thomas Sterling va Donal Becker TIê thông tính loàn xong song giiép cụn rổ hơn nhiều xo với một siêu máy tính cùng sức mạnh Điểu này làm cho các hệ Thông tỉnh toán sơng song ghúp cụm ngày cảng phổ biến và đặc biệt phủ hợp cho cốc nước đang phát triển, các trường đại học

St co cae cid há HN đều ech ides ts cae ante AG kbs Tắt cả các siều máy tính đều sỏ kiến trúc song sơng ở các ruức độ khác nhau, và hấu hết cú: Kiên trúc đường ông, bộ nhớ chúa sẻ hoặc bộ nhớ phân làn, truy nhập bộ nhớ không thống nhất NUMA (Non-Uniform Memory acocss), tổ chức các đĩa cứng độc lập kết nổi theo RAID (Redundant Anay of Independent Disks), xử lý Vector hoặc

SIMD, các hệ thông t8p tin song song (Parallel filesystems) Han hết các siên máy tính

hiển đại là các thiết kế riêng sứ dựng cáo bộ xử lý thương mại kết hợp với các mạng

liên kết thiết kế riêng (Custom interconnects) như: Siêu cúp (Hypereube), mang hình

lưới (Mesh) 2 và 3 chiều, và mạng lưới khối lập phương 3 chiéu (3D cubic grid — mang

nỗi với 6 núi Tân cận) (TBM Gưnc Blue/T,, Cray T3E)

torus) (trong dé mdi một núi

Các kết nói mạng có thể tĩnh hoặc động thông gác các bộ chuyển mạch

Có hai xu hướng thiết kế siêu mây tính hiện nay: Sử dụng hoàn toàn các mút CPU - là các bộ xứ lý đa năng đa lõi đa luỗng (PowerPC, AMD Opteron, hoặc Intel Xeon, Intel Core i7, ) và sử đụng kết hợp CPU | GPU cho ting mit may tinh.

4

Cac GPU của NVIDIA và ATI (AMD) đong là những đổi thủ cạnh tranh trên thị

trường chấp đỗ họa ứng đụng không chỉ riêng cho xử lý đỗ họa mà cho cá chế tạo siêu

máy tính Các bàn chơi garne hiện nay sử dụng các mở rồng SIMD trong các hệ thông

tr choi điện tử Các nha sản xuất thiết bị trò chơi điện tử vẫn cho rằng các máy trỏ

chơi điện tử chỉnh là những siêu máy tính, thực vậy, một sô card đỗ họa cỏ tốc độ xử lý

đến vải TFLOPS

Canh tranh voi GPU của NVIDIA và AMD, trong kế hoạch nhằm trang bi cho

những siêu máy tính tiết kiệm diện năng vào năm 2018, Intel dã trình bày Chỉp

Kmights Comer lẫn đầu tiên tại Hỏi nghị siêu máy tỉnh SC11, có thiết kế hơn 50-1ði để

phuc vụ cho những công việc tính toán chuyên dụng Intel cũng nói về Chip máy chủ

%Xson T15 sắp tới, dựa trên vĩ cầu trúc Sandy Bridge

1.3 Năng lượng sử dụng và quản lý nhiệt của siêu máy tính

Lam mát tắt cả hệ thông siêu máy tỉnh là một vân để lớn, bởi vi các siên máy tính

tiêu thụ điện năng rất lớn, vượt ngưỡng Megawatt Có nhiều phương pháp lắm mát và

quản lý nhiệt của siêu máy tỉnh, phụ thuộc vào mức độ phát triển của công nghệ siêu may tinh

© Lam mat bằng chat long

« _ IIệ thống làm mát bằng hơi Flourinert

© Làm mắt bằng nước ẩm

«_ Lâm mét bằng môi trường không khí tự nhiên

1.4 Hiệu năng của các siêu máy tính

1.41 Nẵng lực và khả năng tính toán

Che

windy fink có trục tiêu tôi đa trong năng lực lĩnh toàn (Capability computing)

hơn là khả năng tỉnh ton (Capacity computing) Năng lực lính lon thường được cho là sự

sử đụng tôi đa cởng suất tỉnh toan dé giãi quyết bái toán lớn trong mỏi quãng thời gian ngắn nhất Một hệ thông có nãng lực có thể giăi một bải toán có kích thước hoặc đẻ phức tap ma

không một máy tính nào khác có thễ giải được Ví dụ, ứng dụng mô phỏng Thời tiết phức tap ‘Trai lai, Kha nang tính toán thường được cho là sự sử đụng hiệu quả chi công suất tính

toán để giải một số nhỏ các bài toán lớn nào đó hoặc một số lớn các bài toán nhỏ Ví du,

` An on nu đồng ade cre ed dat Hous Tok -

nhiều truy nhập của người đừng đến cơ sở dữ liệu hoặc web site

1.42 Các sỗ đo hiệu năng

Thông thường, tbe dé ofa cic sidu may tinh duge do bing FLOPS (Floating

Point Operations Per Second) Cac sé do cia FLOPS che cao cap ibe dd la: GFILOPS (GigaFLOPS) — 10°FLOPS, TFLOPS (TcraFLOPS) — 10’°FLOPS, PFLOPS (PctaFLOPS) 10"FLOPS, Petascale 10'(1000 tiillion)FLOPS, Exascale 10'°FLOPS (1 quintillion

FLOPS = | million teraflops) Zeta LOPS = 1021 LOPS (1 sextillion FLOPS)

Không có một số đo riêng biệt nào phán ảnh hiệu năng toàn bộ của môi hệ thống máy

tỉnh Tảnpack Benchmark là công cụ đo xấp xi máy tính nhanh giải một số bải toản nhanh

nhu thế nào và nó được sử dụng rộng rấi trong công nghiệp

1.6 Các ứng dụng của siêu máy tính

Siêu máy tỉnh dược sử dụng cho các nhiệm vụ tỉnh toán siêu nhanh và các bài toán có khối lượng dữ liệu lớn, như: Vất lý lượng tử, dự bảo thời tiết, nghiên cửu khủ hặu, khai thác

đầu khí, mô hình hóa phân tử (lính toán các câu trúc và đặc tính của các {hành phân hỏa

học, các phân tử maero (Macrorolecules) của sinh học, các polymer, và các tinh thể), và các mô phông vật lý (Như mô phỏng các mảy bay trơng các ông gió, mô phỏng vụ nỗ của cúc vũ khí hạt nhân, và nghiên cửa trong hỗn hợp hại nhân, các nghiên cửa không gian vũ trụ Ngoài ra, các nhà cúng cấp các dich vụ viễn thông, internet lớn trên thể giới sử dụng các

hệ thông siêu máy tính cho các trung tâm dữ liệu dâm bảo các địch vụ trên điện toán dám

mây,

1.6 Kết luận chương

Thông qua nội dung chương 1, luận vn đề cập đến những kiển thức cơ bản về các

loại siêu máy tính Một siêu máy tính là một máy tính vượi trội trong khả năng và tốc độ xử

Tỷ Có thể hiểu siêu máy tỉnh lá hệ thông những mày tính làm việc song song Xét theo công suất (tỗo độ tỉnh toàn, độ rông từ xử lý, không gian đánh địa chỉ nhớ) siều máy tính là loại

anh nhất nhưng cũng là chỉ phí cao nhất (hang tram nghin, hing trigu USD) Siéu may tinh

được sử đựng cho các nhiệm vụ tỉnh toán siêu nhanh các bài toán cỏ khối lượng dữ lậu lớn,

nhu, vật lý lượng tử, dự báo thời tiết, nghiên cứu khi hậu, khai thác đầu khí, mô hình hóa

phân tử

4

Chuong 2~CAU TRUC CAC MANG KET NOI CUA IIE THÓNG DA

XU LY ANH HUONG DEN HIEU NANG SLEU MAY TINH

2.1 Phân loại theo Flynn

2.1.1 Mật chuỗi lệnh một chuỗi đữ liệu SISD

SISD (Single instruction stream single data stream) eS My= 1, My = 1 Đây là hệ

thông đơn xử lý, là máy tinh kiến trúc Von Neuunann cổ điển chỉ với một bộ xử lý Các lệnh được thực hiển tuần tự nhưng có thể gỗi chồng thzo dường ông Hàu hết các hệ

thông SISD hiện nay đều cỏ đường ỗng lệnh, một số đơn vị chức năng, như các bộ

đồng xứ lý toán học bổ xung, các đơn vị tính các vector, các bộ xử lý đỏ họa và xử lý

vao/ra

Thường phẩn các máy tỉnh SISD ra thành hai nhóm:

* SISD với một dơn vị chức năng hay các máy tính hưởng tuẫn tự (Serial scalar

computer

ø - STSD cónhiễu hơn một đơn vị chúc năng

'Tốe độ thực hiện của các máy tính SISD được đo trong MIPS (MiHion of

instructions per second)

2.1.2 Một chuỗi lệnh nhiễu chuỗi dữ liệu SIMD

SIMD (Single instruction stream multiple dats stream) cS M; = 1, Mp > 1

Trong các hệ thông máy tỉnh 8IMD có nhiễu bộ xử lý làm việc sơng song với nhau, thực hiện một mệnh lệnh giỗng nhau nhưng với những đữ liệu khác nhau Mỗi bộ xử lý

(Pi,i=1,2, , n) có bộ nhớ cục bộ riêng (Mi, i=l, 2, .n)

2.1.3 Nhiều chuỗi lệnh một chuỗi dữ liệu NISD

M,>1,Mp 1 Trong những hệ thống dạng nảy, một chuỗi đữ liệu từ bộ nhở chung

M được chuyễn đến chuối các bộ xử lý được điều khiển bới từng bộ điều Khiển CƯ riêng và

thực hiện các chuối lệnh khác nhau

Không có nhiều bộ xử lý song song phù hợp với nhóm này Có thể các máy tỉnh

như Cray-1 và CYBER 205 cia Control Data Corporetion có tui năng xử lý đường ống (Pipeline proeessing) được liệt vào nhỏm MISD.

21.4 Nhiều chuỗi lệnh nhiều chuỗi dit Hu MIMD

My> 1, Mp >1 Trang hệ thông MIMD só tập hợp n bộ xử lý thực Hội đồng thời

« SM-R : bộ nhớ chỉa sẽ cho phép nhiều đọc đến cùng một chỗ

+ SM-W : bộ nhở chia sẻ cho phép ghủ nhiều đến cùng một chỗ

« SM-RW: bộ nhớ cha sẽ cho phép nhiều cả ghỉ đọc đến cùng một chỗ

«— SM: bộ nhớ chỉa sẽ không cho phép nhiều ghỉ và đọc

+ _ TC: kết nổi cặp chặt chế (phụ thuộc vào nhau): C.rrnp, Burroughs D825, Cray-2,

S1, Cray X-MP, HEP, PluribusC

s_ LỆ: kết nội cập lỏng léo: IBM 370/168 MP, Univac 1100/80, Tandany/16, IBM 3081/3084, C.m*, BEN Buttertly

© UC: khang két ni: Mciko Computing Surfaco, FPS 'T/10000, iPSC

Với MIMD có thêm phân chúa

* Bii-sliced MIMD: 1d cde máy tính loại MIMD với các bô xử lý chỉ thực hiện trên

1 bịt trong một chú kỳ lệnh: Bit-sliccd mxelines include, STARAN, MPP, DẠP, CM-I

* Word-sliced MIMD: 1a cdc may tinh loai MIMD với các bộ xử lý thực hiện trên toàn bộ một từ trong một chu kỳ lénh: ILLIAC-IV, PEPE, BSP

3.2 Các luại kết nối tĩnh của mạng kết nối

Các loại cầu hình kết nếi tĩnh của mạng kết nấi N

Phân biệt kết nội tĩnh (cô dink) va déuginhé chuyén mach)

1 Một số thông số câu hình của cẩu hình mạng kết nối

© BG phic lạp lên kết: toàn bộ số liên kết trong mang

« Cấp độ của nit (unde dogrec): Số nút lên kết với một nủt Guumber of incident nodes)

« Đường kính cia mang (network diameter): khoang cach dinh tuyén đải nhất trong mong gitta 2 mit (hay d6 dai cla tuyén dai nhat trong mang (maximum

routing distance, hay maximum hop distance)

« Khoảng cach trung binh (average distance): 1a khofng cach định tuyến trung

‘Dinh pitta tat oA cac cap nut (average routing distance hay average hop distance)

«Độ rồng chia đôi (biscction width): số tôi thiếu các liên kết mà sự lẫy chúng,

ra khỏi mạng sẽ tảch mạng và cắt mạng thành 2 nửa

* Dé phic tạp sinh trướng {growih complexity): sẽ nùt có thể được bổ xung

thêm

2 Bus chia sẻ đơn (single shared bus)

Kiểu bus đơn này được sử đung nhiễu trong các hệ thông máy kiến trie Von Neumann cé điển với một bns hệ thông Nhưng một nhược điểm lớn là khi số hrọng cáo thành phần xử lý và thành phần nhớ lắng lên sẽ làm tăng đụng 46 cạnh tranh chiếm

bus, đẫn đều tăng thời gian chờ đợi được pluue của các thành phần xử lý và thành phần

nhớ, và tốc độ truyền thông bị suy giảm Khi đó cần phải tăng tổc đê bus Dộ sẵn sảng

của kết nỗi bus thấp

3 Nhiều Bus (mnlti-bus)

Mạng nhiều Bus khắc phục nhược điểm của Bus đơn, trong đỏ, một số thành phân xử lý và thành phẩn nhớ kết nỗi với một Bus, những thành phần xử lý và thành phân nhở khác lại kết nỗi với mt Bus khác, hoặc có chúng kết nổi cùng trên một số

Bus, nh vậy xô giảm quá tải cho các Bus, sự đụng độ truy nhập Bus giảm tôi thiểu

của mạng khi có sự cô xây ra đổi với một Bus nào dé, thi hi u xuất tụng, siâm di rõ rệt và lỗi tăng lên

4 Cac Bus giao nhau (crossbar buses)

Trong câu lrúc kết nồi Bus giao nhau, mỗi thành phần xử lý kết nội với tật cả thành phần nhớ và tương tự, mỗi thành phần nhớ kết nói với tất cá thành phẫn xử lý

Như vậy †a có một kết nỗi kiểu ma trận hai chiêu n x m Câu trúc này khắc phục nhược

điểm của cẩu trùc nhiều Bus Trường hợp xảu nhất có thể xảy ra: nên tất cá các thành

phan xử lý củng truy nhập vào một thành phần nhớ Kết nổi này đã được áp dụng một

số hệ thông máy tính lớn

8 Chuỗi (Linear Array): Câu trúc chuỗi (chain) là một máng tuyến tỉnh (linear

array) các bộ xứ lý (gm CPU, memory, I/O), nên thường được

từ đích sẽ không có cơ hội đọc bản tin Điều này làm khó khăn thực hiện chuyển ede ban tin

toàn cục Một điều khác biệt với câu trúc bus nữa là chuỗi cho phép một số các gởi của bản

tin đồng thời được vận chuyên đâm bảo chúng không gỗi đẻ lên nhau

6 Kết nổi hình cây: Cấu trúc hình cây có dạng giống với các cây tự nhiên

Chúng bắt đầu với một mút ở đỉnh gọi là gốc Œroo) Nút gỗu kết nội với các nút khác

nhờ củu cảnh Những nút ở cành lại kết nổi với các nút nhờ cáo gành rẽ HiẾp tạo ra tội

cây có nhiều cảnh cao và thâp, hay ruột cầu trúc kết nổi các nút xử lý da tầng Một nút

xử lý ở một tảng kết nói truyền thông trực tiếp với một nút ớ tằng trên và một số nút xử

Tỷ ở tắng dưới

Cầu trú cây có một số loi:

Cây nhị phân: Trong cây nhị phân, hay còn gọi là cấy nhị phân đầy đủ, mỗi một nút xử lÿ ở một tầng (trừ gỗc) có 3 mút kể cận: 1 nút cha và 2 nủt con Giữa hai nút kế

N

cận chỉ một đường đần duy nhất và là lên kết 2 chiêu Mễu có cây nữ phân có lổng số mút, trong đó có n nút bên trơng (kế cả gốc), thì nỗ có cáu (hông số nhữ sau: z£+T nút kết thức (ngọn), tông số nút M 2+1, cấp độ của nứt là 3, số liên kết Ƒ, 2z-1, chiều cao # (số

ting) la A> logsGxtl) van — 2* 1, độ rộng chia đổi là l, và đường kính của cây là

~2log, V— 2log,( I 1)

Kết nối hình cây đơn giản, có thể thực hiên đánh địa chỉ nhị phân cho các nút, đơn

giản được thuật toán định tuyến Các nút Hạn chẻ của cây nhị phân là có tốc độ trao đối

châm, càng lên cao trễ cảng lớn và nghèn nút cổ chai Các nứt con trao đổi với nhau phải

thông qna nút cha Khi có sự cỗ xảy ra ở mút cha thì sẽ làm mắt đi liên hệ với các rrút con, đến tới sự lại bỗ nhiều đơn vị xử lý trong nhành Tuy vậy, dạng cầu trúc kết nỗi này vẫn được sử đụng ở một số hệ thông máy tỉnh

Cây tam phân: Trong cấy tam phân (†ernary tree) mỗi một nút (trừ gốc) có 4

nút kỂ 1 mất cha, 3 nút con Nếu có n nút bên trong (kẾ cả gốc) thì gố 2ø +] rất ngợn,

cũ cây có X= 3m+] nút, 3m-l cảnh, và chiều cao z loga(3m~1) Cây tam phần có ưu điểm

hon cay nhị phân là cỏ nhiều nhành cây hơn, do đỏ kết nổi được nhiều mút con hơn, nhưng

10

cũng như cây nhị phân nhược điểm lởn cũa nó lại cảng lên cao cảng gia lăng sự chậm chế vi nghiên nút cỗ cluai

« — Cây béo: Cây béo là môi cách khắc phục nhược điểm nghẽn nút của các vây

nhi phân, lam phần bằng cách bd xung thêm các kết nội giữa gác nút cơn ở cừng tầng dưới

(hrử các nút ở các cành ngoài) nhưng thuộc cáo nút chụ khúc nhau ở tầng trên

Cây X: Cây X cũng là một cách khắc phục nghẽn mắt cỗ chai bảng bỗ xung thêm một kết nỗi giữa 2 mút ở cùng tảng đưới nhưng Thuộc 2 nút cha ở tầng trên Các cây X

và béo không còn là các cây rổ nhnh (đisjoinD vì có các vòng lặp

Cây hình chuỗi hat: Mét trong những vẫn đề lớn trong các cấu trúc cây ở trên 1à tìm kiến và phân loại (sorÐ) Các thuật toán tìm kiểm cỏ thể thực hiện tốt ở trong cây hình

chuỗi hại (điamon tree) Trong cây chuối hại, số lượng các nất X thỏa min công thức ang của cắp số hin (sum oŸguonnetrie progrossio): — M= (#“- 1⁄(#- 1)

lượng các núi 3Ý tăng theo độ sâu (lay chiều gao) của cây là IF, hay theo

sw ting cia hé sé phan du ra cia nit (fan-out), ¿ Số lượng các liên kết cúa cây chuỗi hạt

roc tinh bing: L = (d" - A(d-1)

Trơng ủi

Độ phức tạp sinh trưởng Ö của cây được tinh theo : G=(@ 1H)

Đô phức tạp sinh trưởng của các leøi tây là cao so với các câu trú khác

«+ Cây có cảu trúc không thông nhất Cúc cây cầu trúc kiu tự thép (pyranid) là

một tập hợp con của cấu trúc cây Kim tự tháp có thể có được từ vẽ lại một cây tứ phân

{quaternary tree) Tất cả các đặc tính cầu hình của cây kim tự tháp tương tự như cây tử

chi cd thể chuyển theo một hướng Nếu vòng có X nút li nó cũng có W liên két (hay độ

phúc hợp Nên kết bằng M), nghĩa độ phúc tạp liên kết phụ thuộc sô nút, O(N) Vòng có thể

vận chuyển các bản lin theo cả hai hưởng, do đó nó là vòng 2 chiều Thường có tuyến đài

và tuyến ngắn giữa các nút truyền thông với nhau Thuật toản định tuyển thực hiện định

tuyến theo tuyến ngăn nhất nêu tuyến đó đang rồi Vòng có mức phức tap (V) Dường kinh

của mạng vẻng 2) = A⁄2 nếu liên kết 2 chiều (số X chắn), vả 72 = A-1 nêu lên kết chỉ một

chidu (sd V18) Cap cia Lat ci nit trong nượng vòng là 2 Khoảng cách trung bình (Ý +13,

tion with): 2

‘Vong c6 các đặc tính tương tự như chuốt và không phủ hợp cho các hệ thông máy

độ rộng chia Adi (bi

tỉnh song song với nhiều bộ xử lý Nó phù hợp cho kết nổi LAN của các bộ xử lý có kết nổi

lõng lẻo và truyễn thông không Thường xuyên

8 Vòng sợi đây: Vòng sợi đây (chordal ring) là một cầu hình mở rộng thêm các kết

nỗi giữa các cặp nủi hong lập hợp gôm các nút ở nách xa nhan

9 Các cấu hình lưới: Vòng sợi đây có ưu điểm so với vòng 2 chiều là nó có "cắt

ngắn" (short cuf) trong đường dẫn giữa các nút khác nhau Đưởng kinh của vòng sợi day là

một hàm phụ thuộc vào số nút trong vòng và 'độ đài" cúa dây Có một số tuyển cho bản trí tới đích, nhưng thmật toán định tuyển phức lạp hơn Nếu vòng sợi có tổng số nút là n thì

Tổng số hiến kết là 2n Miáy tính song song ILI.LAC-IV cỏ mạng kết nếi cầu trie ving sợi gdm 64 mit, trong đó các sợi dây kết nỗi các cặp mút cách xa 9 nút

Các câu Tỉnh lưởi là các kết nổi các nút theo các mẫu đan lưới theo 2, hoặc 3 hưởng

Có nhiền loại câu hình lưới: luới vuông (grid, mesh), hci 6 canh (hexagonal grid), 1udi

vòng (torus), lưới toroidal (toroidal grid), lưới 3 chiều (3-D grid),

«- Tuưởi vudng (2D mesh)

Tổng số nút của lưới vuông là X, và ø=2, 1à số chiều, p là số nút của ruột chiều lưới,

, p=\"`, số liền kết là ¡=2p(p-ID=2W'”44'°~p, đường kih là

Ð —m(p~1~ 230—1) ~ 2(@`?? ~1), khoảng cách trưng bình là npl3=2p13= ¡ Ä”?, độ rông

chía đời là p*! = p=” Cap độ của nút từ đ — 3z Đô phức †ạp sinh trưởng là 22 +1

2

Vi du, vai néu p = 5, ta có W=5 L=2p(p-l)=40, D=8 Vi cé nhiều đường dẫn giữa nguồn va địch nên mạng cỏ độ sắn sàng cao, thuật toán định tuyên có nhiên lựa chọn đường dẫn tôi ưu Mạng cñng cho để đàng mở rộng bởi các nút đang két ndi không phải Thay đổi phần cứng,

“ Lưới vang (2D Torus): Ludi vòng só cầu hình gồm một Tưởi vuông 2D và

thêm các cạnh bố xung vòng quanh, do đó nó còn được gợi là Torus hay 2D Torus, Trong

lưới vòng (2D Torus) tất cả các nút đều có cấp độ ở = 4 (4 kết nội) và năm trên giao điểm

của các đường vòng quần xmg quanh từ trên xuống dưới, từ phải sang trái Nó có số nút ít,

băng thông cao, tăng được không gian sử dung cho các chíp xử lý, và vi các vòng là thông