DE112020002497T5 - System und verfahren zur dynamischen zuweisung von reduktionsmotoren - Google Patents

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Abstract

Ein Switch, der mit einer Reduktionsmaschine ausgestattet ist, die in einem Netzwerk dynamisch zugewiesen werden kann, wird bereitgestellt. Während des Betriebs kann die Reduktionsmaschine dynamisch auf der Grundlage eines Multicast-Rahmens aktiviert werden. Dadurch kann das Netzwerk eine effiziente und skalierbare Umgebung für Hochleistungsberechnungen ermöglichen.

Description

  • HINTERGRUND
  • Feld
  • Dies bezieht sich allgemein auf das technische Gebiet der Vernetzung. Genauer gesagt bezieht sich diese Offenlegung auf Systeme und Verfahren zur Erleichterung der dynamischen Zuweisung von Reduktionsmaschinen in einem Netzwerk.
  • Stand der Technik
  • Da netzwerkfähige Geräte und Anwendungen immer allgegenwärtiger werden, erfordern verschiedene Arten von Datenverkehr sowie die ständig steigende Netzwerklast immer mehr Leistung von der zugrunde liegenden Netzwerkarchitektur. So können beispielsweise Anwendungen wie High-Performance Computing (HPC), Medien-Streaming und Internet of Things (IOT) verschiedene Arten von Datenverkehr mit unterschiedlichen Merkmalen erzeugen. Infolgedessen stehen Netzwerkarchitekten zusätzlich zu den herkömmlichen Netzwerkleistungskennzahlen wie Bandbreite und Verzögerung weiterhin vor Herausforderungen wie Skalierbarkeit, Vielseitigkeit und Effizienz.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Switch, der mit einer Reduktionsmaschine ausgestattet ist, die in einem Netzwerk dynamisch zugewiesen werden kann, wird bereitgestellt. Während des Betriebs kann das Reduktionsmodul auf der Grundlage eines Multicast-Rahmens dynamisch aktiviert werden. Dadurch kann das Netzwerk eine effiziente und skalierbare Umgebung für Hochleistungsberechnungen ermöglichen.
  • Figurenliste
    • zeigt ein beispielhaftes Netz.
    • zeigt einen beispielhaften Multicast-Baum für einen Reduktionsprozess.
    • zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Reduktionsprozesses.
    • zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Reduktionsvorgangs durch eine Reduktionsmaschine.
    • zeigt ein Beispiel, bei dem ein Blatt-Endpunkt erst spät in den Reduktionsprozess eintritt.
    • zeigt ein Beispiel, bei dem ein Blatt-Endpunkt aufgrund eines Fehlers keinen Beitrag liefert.
    • zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften zeitgesteuerten Reduktionsprozesses.
    • zeigt ein Beispiel, bei dem ein Reduktionsmotor auf einem Flügelschalter nicht verfügbar ist.
    • zeigt beispielhafte Reduktionsvorgänge.
    • zeigt einen Satz von MINMAXLOC-Operanden, die in einem Reduktionsprozess verwendet werden können.
    • zeigt Rundungsmodi, die in einem Reduktionsprozess verwendet werden können.
    • zeigt einen mit Portalen formatierten Verkleinerungsrahmen.
    • zeigt einen Reduktionskopf.
    • zeigt die Endianness von Operanden, die für MINMAXLOC reproduzierbare Summenoperatoren in einem Reduktionsprozess verwendet werden können.
    • zeigt beispielhafte Codes für Reduktionsergebnisse
    • zeigt ein Beispiel, bei dem einem Portals-Paket ein Ethernet-Header vorangestellt werden kann.
    • zeigt ein beispielhaftes Schaltsystem, das einen Reduktionsmotor unterstützt.
  • In den Abbildungen beziehen sich gleiche Ziffern auf die gleichen Elemente der Abbildung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Verschiedene Modifikationen der offengelegten Ausführungsformen sind für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, und die hierin definierten allgemeinen Grundsätze können auf andere Ausführungsformen und Anwendungen angewandt werden, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lösen das Problem der Unterbringung einer großen Anzahl von Computer-Endpunkten in einem Netzwerk, indem sie eine dynamisch konfigurierbare Reduktionsmaschine bereitstellen, die es ermöglicht, den Datenverkehr, der sich aus einer groß angelegten Datenverarbeitung ergibt, zeitnah, flexibel und skalierbar zu reduzieren. Die Zuweisung und Verwaltung jeder gemeinsam genutzten Ressource innerhalb eines Netzwerks kann schwierig sein, insbesondere wenn Fehler auftreten, während die Einheit Daten verarbeitet. Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren können die Zuweisung, Freigabe und Fehlerbehandlung einer dynamisch zugewiesenen Switch/Router-Ressource erheblich vereinfachen.
  • Im Allgemeinen kann ein Netz Tausende von Benutzern unterstützen. Wenn eine Funktion zur Verfügung gestellt wird, von der erwartet wird, dass sie von jedem Benutzer genutzt wird, ist es wichtig, die Ressource effizient zu verwalten. Ein Ansatz kann darin bestehen, einen Systemaufruf zu einem netzbasierten Server zu verwenden, der zur Verwaltung der Funktion autorisiert wurde. Obwohl dies eine einfache Lösung zu sein scheint, könnte die Verwaltung in der Praxis kompliziert werden, insbesondere wenn die bereitgestellte Funktion weit über das Netz verteilt ist und Tausende von Benutzern versuchen, Zugang zu erhalten. Die Zeit, die für die Einrichtung eines Vorgangs für eine einmalige Verwendung benötigt wird, kann sich auf viele Sekunden belaufen, und eine ähnliche Zeitspanne kann für die Freigabe der Funktion nach der Verwendung erforderlich sein. Jeder Fehlerzustand kann auch erhebliche Unterstützung bei der Softwareentwicklung und Echtzeitanalyse während des Fehlerzustands erfordern.
  • Die verwendete Funktion ist möglicherweise nur für einige Mikrosekunden oder sogar einige Nanosekunden aktiv. Selbst wenn die Funktion wiederholt von derselben Anwendung genutzt wird, können die Kosten für die Einrichtung und den Abbau die Zeit, in der die Funktion genutzt wird, in den Schatten stellen. Bei Rechenfunktionen mit einem so enormen Overhead ist die Verwendung von Software für die Freigabe des Zugriffs auf solche Funktionen für eine große Zahl von Benutzern möglicherweise nicht geeignet.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können allen Nutzern des Netzes einen einigermaßen fairen Zugang bieten und gleichzeitig die Einrichtungskosten auf ein Minimum reduzieren und sicherstellen, dass die Ressource nach erfolgreichem Abschluss des Vorgangs schnell freigegeben werden kann. Außerdem kann sichergestellt werden, dass die Ressource bei Auftreten eines Fehlers relativ schnell (z. B. innerhalb weniger Millisekunden) freigegeben wird, ohne dass eine Verwaltungssoftware eingreifen muss.
  • Insbesondere kann eine Reduktionsmaschine in einer Vermittlungsstelle bereitgestellt werden. Das Reduktionsmodul kann Pakete von einer Reihe von Endpunkten nehmen und sie kombinieren, um ein einziges Paket zu erzeugen, das an einen Knoten zurückgesendet werden kann. Das Reduktionsmodul kann auch eine Synchronisationsfunktion ausführen, die oft als Barriere bezeichnet wird, oder eine mathematische Funktion ausführen, die die von den Endpunkten gelieferten Werte zu einem einzigen Wert kombiniert oder sortiert. Durch die Platzierung der Reduktionsmaschine innerhalb des Netzes kann die Latenzzeit, d. h. die Zeit, die für den Abschluss des Vorgangs benötigt wird, um eine Größenordnung reduziert werden, da normalerweise eine einzige Kommunikationsrunde über das Netz ausreicht, um die gesamte Reduktion abzuschließen.
  • Der Reduktionsprozess kann eine Multicast-Sitzung verwenden, die vom Edge-Port eines Reduktions-Root-Knotens ausgegeben und an alle Edge-Leaf-Ports gesendet wird, um jede Reduktionsmaschine im Netz einzurichten oder zu aktivieren. Jeder Port der Switches innerhalb des Netzes kann über eine Instanz der Reduktionsmaschine verfügen. Das Multicast-Arming (d. h. das Multicast-Setup-Paket) kann am Ingress-Edge-Port des Root-Knotens beginnen. Wenn das Setup-Paket empfangen wird, kann es die lokale Reduktionsmaschine aktivieren, die mit dem entsprechenden Port verbunden ist. Das Paket kann dann per Multicast an eine Reihe von Ausgangsports gesendet werden, wo es an den Eingangsport des Linkpartners des Ausgangs weitergeleitet wird, der sich auf einem anderen Switch befinden kann. Der nachgelagerte Switch kann das Setup-Paket an eine Reihe von Ausgangsports weiterleiten und gleichzeitig eine Instanz einer Reduktionsmaschine aktivieren, die mit dem Eingangsport verbunden ist.
  • Der oben beschriebene Prozess kann wiederholt werden, wobei Reduktions-Engines entlang des Multicast-Datenpfads aktiviert werden, bis das Setup-Paket an den Egress-Edge-Ports der Leaf-Switches ankommt, wo es an den Compute-Node weitergeleitet wird. An diesem Punkt können alle Reduktions-Engines aktiviert und bereit sein, die Reduktionspakete zu empfangen, die den Multicast-Baum stromaufwärts durchlaufen und zu einem einzigen Paket reduziert werden können, das ein reduziertes Ergebnis darstellt.
  • Nach einem Berechnungsvorgang können die Blattknoten bereit sein, ihre Ergebnispakete wieder in das Netz einzuspeisen. Sie können dies so tun, dass das Paket den umgekehrten Weg zurücklegt, den das ursprüngliche Multicast-Paket genommen hat. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Ergebnispakete jeweils von den nun bewaffneten Reduktionsmaschinen abgefangen werden können, wo die Reduktionsfunktion ausgeführt werden kann.
  • Der Multicast-Baum kann von den Ergebnispaketen in umgekehrter Richtung durch das Netz durchlaufen werden. Für diesen Reduktionsprozess ist außer der Einrichtung des ursprünglichen Multicast-Baums kein Softwareeingriff erforderlich. Moderne Switching-Geräte können in der Regel eine große Anzahl separater Multicast-Bäume aufnehmen, so dass in einem Netz viele Reduktionskonfigurationen gleichzeitig konfiguriert werden können. Infolgedessen können die Kosten für die Einrichtung und den Abbau erheblich amortisiert und parallelisiert werden, so dass die Verkleinerungsfunktion auf eine große Anzahl von Benutzern skaliert werden kann.
  • Es ist auch möglich, jedem Reduktionspaket einen Zählwert hinzuzufügen, der die Anzahl der Eingaben angibt, die zur Erstellung des Reduktionsergebnisses im Paket verwendet wurden. Auf diese Weise kann die Beschleunigung durch eine Reduktionsmaschine bei Bedarf übersprungen werden, ohne dass die Reduktionsfunktion beeinträchtigt wird. Dies ist möglich, weil der empfangende Knoten dann genügend Informationen erhält, um den Vorgang selbst abzuschließen.
  • Ein Timeout-Mechanismus kann auch zu den Reduktionsmaschinen hinzugefügt werden, um sicherzustellen, dass die Ressource der Reduktionsmaschine schließlich frei wird, selbst wenn Fehler auftreten. Tritt ein Fehler auf oder kann die Reduktion nicht abgeschlossen werden, weil eine der Eingaben für die Reduktionsfunktion nicht vorhanden ist oder sich aus irgendeinem Grund verzögert, kann die Zeitüberschreitung sicherstellen, dass die Ressource mit den verfügbaren Eingabeinformationen, die für die Reduktionsberechnung verwendet werden können, bis zu diesem Zeitpunkt freigegeben wird. Der Wurzelknoten der Reduktion kann dieses Teilergebnis erhalten und erkennen, dass dieses Ergebnis nicht vollständig ist. Der Wurzelknoten kann optional auf das fehlende Ergebnis warten, ohne die gemeinsame Reduktionsressource zu blockieren.
  • zeigt ein beispielhaftes Netzwerk. In diesem Beispiel kann ein Netzwerk 100 von Switches, das auch als „Switch-Fabric“ bezeichnet werden kann, Switches 102, 104, 106, 108 und 110 umfassen. Jeder Switch kann eine eindeutige Adresse oder ID innerhalb der Switch-Fabric 100 haben. Verschiedene Arten von Geräten und Netzwerken können mit einer Switch-Fabric verbunden werden. Beispielsweise kann ein Speicherarray 112 über den Switch 110 mit der Switch Fabric 100 verbunden werden; ein InfiniBand (IB) basiertes HPC-Netzwerk 114 kann über den Switch 108 mit der Switch Fabric 100 verbunden werden; eine Reihe von Endhosts, wie z. B. Host 116, kann über den Switch 104 mit der Switch Fabric 100 verbunden werden; und ein IP/Ethernet-Netzwerk 118 kann über den Switch 102 mit der Switch Fabric 100 verbunden werden. Im Allgemeinen kann ein Switch Edge-Ports und Fabric-Ports haben. Ein Edge-Port kann mit einem Gerät verbunden werden, das sich außerhalb der Fabric befindet. Ein Fabric-Port kann über eine Fabric-Verbindung mit einem anderen Switch innerhalb der Fabric verbunden werden. Normalerweise kann der Datenverkehr über einen Ingress-Port eines Edge-Switches in die Switch-Fabric 100 eingespeist werden und die Switch-Fabric 100 über einen Egress-Port eines anderen (oder desselben) Edge-Switches verlassen. Eine Eingangsverbindung kann einen Netzwerkschnittstellen-Controller (NIC) eines Edge-Geräts (z. B. eines HPC-Endhosts) mit einem Eingangs-Edge-Port eines Edge-Switches verbinden. Switch Fabric 100 kann dann den Datenverkehr zu einem Ausgangs-Edge-Switch transportieren, der wiederum den Datenverkehr über eine andere NIC an ein Ziel-Edge-Gerät weiterleiten kann.
  • In einer Ausführungsform kann jeder Anschluss eines Switches eine Reduktionsmaschine enthalten, die zur Beschleunigung von Reduktionsvorgängen eingesetzt wird. Reduzierungen können über einen Multicast-Baum durchgeführt werden. Jede Reduktionsmaschine in dem Multicast-Baum kann durch einen Reduktionsarm-Frame aktiviert werden, der von einem Root-Switch durch den Multicast-Baum gesendet wird. Nach Empfang des Reduktionsarm-Frames können die Blattknoten des Multicast-Baums Reduktionsdaten-Frames mit ihren Beiträgen den Multicast-Baum hinauf zum Wurzelknoten senden. Jede Reduktionsmaschine im Baum kann die Reduktionsdatenrahmen abfangen und die Reduktion durchführen. Wenn eine Reduktionsmaschine die erwartete Anzahl von Beiträgen erhält oder eine Zeitüberschreitung eintritt, kann sie das reduzierte Ergebnis den Multicast-Baum hinauf senden. Der Wurzelknoten kann einen einzelnen, vollständig reduzierten Datenrahmen erhalten, oder, wenn eine Reduktionsmaschine ausfällt, mehrere, teilweise reduzierte Datenrahmen. In beiden Fällen kann der Wurzelknoten die Reduktion vervollständigen, indem er seinen eigenen Beitrag einbezieht. Das Endergebnis der Reduktion kann dann den Multicast-Baum hinunter an die Blattknoten gesendet werden. Der Ergebnisrahmen kann eine weitere Runde von Reduktionsanweisungen enthalten, die dann die Reduktionsmaschinen gleichzeitig wieder aktivieren können.
  • Die Reduktions-Engine kann die Latenz bei kritischen Netzwerkoperationen wie Reduktion, All-Reduce und Barriere reduzieren. Reduktionsoperationen können über einen in das Netz eingebetteten Spanning Tree durchgeführt werden. zeigt einen beispielhaften Multicast-Baum für einen Reduktionsprozess. In diesem Beispiel kann ein Multicast-Baum für den Reduktionsprozess einen Root-Endpunkt 202, einen Root-Switch 204, eine Reihe von Leaf-Switches wie den Leaf-Switch 206 und eine Reihe von Leaf-Endpunkten wie den Endpunkt 208 umfassen. Der Root-Switch 204 ist für die Initiierung des Multicast-Baums für den Reduktionsprozess verantwortlich. Jeder Switch kann eine Reduktions-Engine enthalten, die beim Aufbau der Multicast-Sitzung aktiviert werden kann. Die Blattendpunkte können Frames einspeisen, die auf ihrem Weg durch den Baum kombiniert werden können, wobei das Ergebnis an einen Prozess an der Wurzel des Baums geliefert wird. Wie weiter unten beschrieben, muss der Root-Prozess die Reduktion möglicherweise in Software abschließen. Dies ist die Vorbereitungsphase einer Reduktion. Das Ergebnis einer Verkleinerung kann dann per Multicast an die Prozesse an den Blattendpunkten zurückgesendet werden, und die Verkleinerungsmaschinen können erneut aktiviert werden, um für die nächste Verkleinerungsrunde bereit zu sein. Dies ist die Multicast-Phase eines Reduktionsprozesses.
  • Die Multicast-Phase eines Reduktionsprozesses kann die Synchronisation für eine Barriere-Operation bieten, während der keine Daten benötigt werden und eine Null-Reduktionsoperation verwendet wird. Jeder Knoten kann dem Reduktionsbaum beitreten und auf das Ergebnis warten. Wenn der Wurzelknoten das Ergebnis erhält, kann er einen Multicast nach unten in den Reduktionsbaum senden. In einer Ausführungsform darf kein Endpunkt die Barriere verlassen, bevor alle Endpunkte eingetreten sind.
  • Auf der Ausgangsseite jeder Verbindung können Reduktionsmotoren vorgesehen werden. Sie können mit Daten arbeiten, die in den Reduktionspuffern gespeichert sind. In einer Ausführungsform kann jedes Reduktionsmodul acht aktive Reduktionsbäume unterstützen. Es können auch andere Anzahlen von Reduktionsbäumen unterstützt werden. Die Reduktionsmaschinen können eine fliegende Kombination von Datenrahmen durchführen. Die Reduktionsmaschinen werden während der Multicast-Phase aktiviert. Sie können Upstream-Frames für eine bestimmte Zeitspanne kombinieren. Die Reduktions-Engine kann entweder nach Abschluss des aktuellen Vorgangs oder nach einer Timeout-Periode deaktiviert werden. Im Falle einer Zeitüberschreitung bei der Reduktion können alle Teilergebnisse den Baum hinauf zur Wurzel weitergeleitet werden. Mit der Zeitüberschreitung soll sichergestellt werden, dass im Falle eines Fehlers, eines Geräteausfalls oder eines Rahmenverlusts innerhalb des Reduktionsbaums kein Reduktionsstatus bestehen bleibt.
  • zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Reduktionsprozesses. Während des Betriebs initialisiert ein Wurzelprozess zunächst den Reduktionsbaum (Vorgang 302). In HPC-Programmiermodellen kann die Initialisierung ein kollektiver Vorgang sein, an dem eine Reihe von Prozessen beteiligt sind, die an einer Reduktion teilnehmen sollen. Ein Prozess, der in diesem Fall der Wurzelprozess sein kann, kann mit der Netzwerkverwaltungssoftware kommunizieren, um einen übergreifenden Baum (den Multicast-Baum) zu erstellen, der durch eine Multicast-Adresse dargestellt werden kann. Das Netz kann ein Multicast-Protokoll verwenden, um die Topologie des Multicast-Baums zu erstellen und die Weiterleitungsinformationen in einer Datenstruktur, z. B. einer Multicast-Tabelle, zu speichern. In dieser Datenstruktur werden in der Regel Topologie- und Weiterleitungsinformationen gespeichert, z. B. für eine bestimmte Multicast-Adresse, an welche Ausgangsports ein Multicast-Paket weitergeleitet werden soll. Der Root-Prozess kann dann die Reduktions-Engines im Spanning Tree aktivieren, indem er einen Rahmen an die Multicast-Adresse sendet (Vorgang 304). Andere Prozesse können warten, bis sie diesen Rahmen erhalten. Sobald dieser Rahmen alle teilnehmenden Prozesse erreicht hat, ist der Reduktionsbaum nun einsatzbereit.
  • Anschließend können die beteiligten Prozesse die Berechnungsaufgabe durchführen, die ihren Beitrag zur Reduktionsoperation ergibt. Andere Prozesse als der Wurzelprozess können jeweils einen Reduktionsrahmen konstruieren und an die Multicast-Adresse des Reduktionsbaums senden (Vorgang 306). Die Reduktions-Engines in den am Reduktionsbaum beteiligten Vermittlungsstellen können eine Reduktion der empfangenen Frames vornehmen und jeweils einen reduzierten Frame stromaufwärts an die Stammvermittlung des Reduktionsbaums senden (Vorgang 308). Der Wurzelprozess kann die Datenreduktionsrahmen verbrauchen. Er kann die Beiträge der Blattknoten in einem oder mehreren Datenreduktionsrahmen empfangen und die Bereitschaftsphase abschließen, indem er die Reduktionsoperation an diesen Rahmen durchführt, einschließlich seines eigenen Beitrags (Vorgang 310). Optional kann der Wurzelprozess dann feststellen, ob die Berechnungsaufgabe abgeschlossen ist (Vorgang 312). Ist dies der Fall, kann der Hauptprozess das Ergebnis an die Multicast-Adresse senden und die Reduktionsmaschinen freigeben (Vorgang 316). Ist die Berechnungsaufgabe nicht abgeschlossen, erstellt der Basisprozess anschließend einen Reduktionsrahmen, der das Ergebnis enthält, und sendet ihn an die Multicast-Adresse, die ihrerseits alle Reduktionsmaschinen im Reduktionsbaum wieder aktivieren kann (Vorgang 314). Mit diesem Vorgang können die Reduktionsmaschinen auf die nächste Reduktionsrunde vorbereitet werden. Ein ähnlicher Reduktionsprozess kann dann wiederholt werden, bis die Berechnungsaufgabe abgeschlossen ist.
  • Der Wurzelknoten, oder allgemeiner ein Prozess auf dem Wurzelknoten, kann eine besondere Rolle übernehmen. Er schließt zunächst den Reduktionsprozess ab. Wie später beschrieben, sind Schleifen im Multicast-Baum in der Regel nicht erlaubt; daher sendet der Wurzelknoten seinen eigenen Beitrag in der Regel nicht an sich selbst. Unter der Annahme, dass die Reduktionsmaschine am Wurzelknoten des Reduktionsbaums in der Lage ist, alle Beiträge der Blattknoten zu akkumulieren, bevor die Zeit abläuft, kann der Wurzelknoten einen einzigen Datenreduktionsrahmen von den Blattknoten erhalten. In diesem Fall kann der Wurzelknoten dieses Ergebnis mit seinem eigenen Beitrag kombinieren. Wenn jedoch die Reduktionsmaschine im Wurzelknoten eine Zeitüberschreitung aufweist oder nicht zugewiesen werden kann, kann der Wurzelknoten eine Reihe von Datenreduktionsrahmen erhalten, die in der Software kombiniert werden müssen. Sobald der Wurzelknoten die endgültige Reduktion berechnet hat, kann er dieses Ergebnis an die Blattknoten weiterleiten. Der Wurzelprozess kann auch zusätzliche Aufgaben im Zusammenhang mit der Fehlerbehandlung übernehmen.
  • zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Reduktionsvorgangs durch eine Reduktionsmaschine. Während des Betriebs kann eine Reduktionsmaschine, die sich in einem Switch befindet, zunächst einen Sperrrahmen empfangen, der an die Multicast-Adresse gesendet wird (Vorgang 322). Beachten Sie, dass der Barrier-Frame der Anfangs-Frame ist, der verwendet wird, um die Reduktionsmaschinen zum ersten Mal für einen Reduktionsbaum scharf zu schalten. Nach dem Empfang des Barriere-Frames kann die Reduktionsmaschine den übergeordneten Knoten (d. h. die Vermittlungsstelle, von der der Barriere-Frame empfangen wurde) aufzeichnen und eine Suche in der Multicast-Tabelle durchführen, um den nachgeordneten Knoten zu bestimmen, an den die Barriere weitergeleitet werden soll (Vorgang 324). Darüber hinaus setzt die Reduktionsmaschine auch einen Wartezähler, der der Anzahl der Beiträge von Endpunkten entspricht, die aufgrund des Multicast-Tabelleneintrags erwartet werden.
  • Anschließend leitet die Reduktionsmaschine den Barriererahmen an die untergeordneten Knoten weiter (Vorgang 326). Während der Barrier-Frame den Reduktionsbaum durchläuft, werden alle an diesem Reduktionsbaum beteiligten Reduktionsmaschinen aktiviert. Infolgedessen beginnt das Reduktionsmodul am lokalen Switch, Reduktionsrahmen zu empfangen, die von den untergeordneten Knoten oder Endpunkten zurückgegeben werden (Vorgang 328). Anschließend kann das Reduktionsmodul die Beiträge zusammenfassen und einen Reduktionsrahmen an den übergeordneten Knoten weiterleiten (Vorgang 330). An diesem Punkt ist das Reduktionssystem nun bereit für die Reduktionsoperation. Als Nächstes kann die Reduktionsmaschine einen Ergebnisrahmen vom Stammknoten erhalten, der alle Reduktionsmaschinen für eine Reduktionsoperation, die tatsächliche Daten umfasst, aktiviert.
  • Bei den in dieser Beschreibung gezeigten Beispielen wird davon ausgegangen, dass ein Prozess pro Knoten zur Reduzierung beiträgt, was nicht erforderlich ist. Es kann mehrere Beiträge pro Knoten geben. In einigen Ausführungsformen können sowohl eine lokale Reduktion im gemeinsamen Speicher als auch eine Netzwerkreduktion durchgeführt werden. Darüber hinaus kann die hier beschriebene Reduktionsmaschine mehrere gleichzeitige, nicht blockierende Reduktionsoperationen auf demselben Reduktionsbaum unterstützen.
  • Die von einer Reduktionsmaschine unterstützten Rechenoperationen können unter anderem Folgendes umfassen:
    • • Null (d. h. der Sperrvorgang, der keine Nutzdaten enthält);
    • • MIN-, MAX- und SUM-Operationen auf Ganzzahl- oder Fließkommadatentypen;
    • • MINMAXLOC-Operation (die die Positionen der in einem Array gefundenen Minimal- und Maximalwerte zurückgibt) für Ganzzahl- oder Fließkommawerte und Ganzzahl-Indizes;
    • • Bitweise UND-, ODER- und XOR-Operation bei ganzzahligen Datentypen;
    • • Reproduzierbare Summenoperationen auf Fließkommadatentypen.
  • Die von einer Reduktionsmaschine unterstützten Datentypen können unter anderem 64-Bit-Ganzzahlen und 64-Bit-IEEE-754-Gleitkommazahlen sein.
  • In einer Ausführungsform kann der MINMAXLOC-Operator den Konventionen des Message Passing Interface (MPI) für MINLOC- und MAXLOC-Operatoren folgen, wenn die zu vergleichenden Werte gleich sind. In einer Ausführungsform wird der niedrigere der beiden Indexwerte zurückgegeben.
  • Aus Gründen der Kompatibilität mit einem häufig verwendeten modernen Befehlssatz können die Rundungsmodi und das Verhalten bei Ausnahmen den Definitionen im Advanced RISC Machine (ARM) Architecture Reference Manual, ARMvS, folgen. Wenn beispielsweise ein Operand einer Fließkommaoperation keine Zahl (NaN) ist, kann das Ergebnis ein stilles NaN mit dem Vorzeichen 0 sein.
  • Die reproduzierbaren Operatoren Summe und MINMAXLOC können einen Operanden pro Endpunkt verwenden. Andere Reduktionen können auf vier 64-Bit-Operanden gleichzeitig durchgeführt werden, wobei auf jeden der Operanden die gleiche Operation angewendet wird.
  • Die Summe eines Satzes von IEEE-Gleitkommawerten kann von der Reihenfolge abhängen, in der die Operanden addiert werden. Dies kann ein wichtiges Problem sein, wenn eine Reduktion Operanden mit sehr unterschiedlichen Größenordnungen umfasst. In der Veröffentlichung „Efficient Reproducible Floating Point Reduction Operations on Large Scale Systems“, die unter https://bebop.cs.berkeley.edu/reproblas/docs/talks/SIAM _AN13.pdf abrufbar ist, wird eine Technik beschrieben, die verwendet werden kann, um das gewünschte Präzisionsniveau für eine bestimmte Anzahl von Elementen zu erreichen.
  • Eine deterministische Reduktion kann unter Verwendung eines globalen Maximums, gefolgt von einer globalen Summe unter Verwendung von Standard-Gleitkomma-Arithmetik durchgeführt werden. Es kann auch eine einzige globale Summe mit Ganzzahlarithmetik verwendet werden. Beim zweiten Reduktionsansatz muss die Host-Software dieselbe Operation durchführen, wenn mehrere Beiträge an den Stammknoten geliefert werden.
  • Im Allgemeinen kann jede Reduktionsmaschine mehrere unabhängige Reduktionsbäume unterstützen, die jeweils durch eine weltweit eindeutige Multicast-Adresse identifiziert werden. Jeder Punkt im Baum kann mit einem lokalen Wartezählerwert initialisiert werden, der als rt_waitcount bezeichnet wird. Dieser Zählwert ist normalerweise gleich der Anzahl der Endpunkte unterhalb dieser Stufe des Baums (d. h. der Anzahl der Kindknoten eines bestimmten Knotens im Baum).
  • Reduktionsbäume können initialisiert werden, indem ein Eintrag in einer Multicast-Tabelle erstellt wird, der die Anzahl der Wartezeiten und die Menge der Ausgangsports angibt. Dieser statische Zustand, der je nach Standort im Baum variiert, kann von der Verwaltungssoftware auf die gleiche Weise wie ein Multicast-Baum initialisiert werden.
  • Für jeden Reduktionsbaum kann eine einzige Multicast-Adresse verwendet werden. An einem übergeordneten Anschluss kann der Multicast-Tabelleneintrag die Menge der untergeordneten Anschlüsse angeben. An jedem der untergeordneten Ports kann der Eintrag in der Multicast-Tabelle den übergeordneten Port angeben, d. h. den umgekehrten Pfad, der zurück zum Wurzelknoten führt. Im Allgemeinen sind Schleifen innerhalb eines Reduktionsbaums nicht zulässig. Im Gegensatz zu typischen Multicast-Einträgen, bei denen jedes Mitglied der Multicast-Gruppe in der Lage ist, Multicast an alle anderen Mitglieder der Multicast-Gruppe zu senden, sind die für die Reduktion eingerichteten Multicast-Einträge einseitig, und nur die Wurzel des Reduktionsbaums ist in der Lage, Multicast an alle Mitglieder der Multicast-Gruppe zu senden. Wenn ein anderes Mitglied des Reduktionsbaums einen Rahmen an die Multicast-Adresse sendet, wird dieser Rahmen nur an den Wurzelknoten des Reduktionsbaums zurückgeleitet. Darüber hinaus erfolgt die Weiterleitung dieses Rahmens in der Regel genau in umgekehrter Richtung des nachgelagerten Multicast-Pfads vom Wurzelknoten. Dieser Weiterleitungsmechanismus gewährleistet, dass Reduktionsrahmen von den für sie eingerichteten Reduktionsmaschinen korrekt abgefangen werden können.
  • In einer Ausführungsform können ein oder mehrere Felder im Header eines Frames als Schutzschlüssel verwendet werden, um sicherzustellen, dass alle Teilnehmer an einer bestimmten Reduktion von der gleichen Anwendung oder dem gleichen Dienst stammen. So kann z. B. ein VNI-Feld (Virtual Network Identifier) aus dem Frame-Header als Schutzschlüssel verwendet werden. Darüber hinaus kann der Header eines Frames ein 32-Bit-Cookie enthalten. Alle Frames in einer Reduktion müssen denselben Schutzschlüssel und dasselbe Cookie haben wie der Frame, der zur Aktivierung aller Reduktionsmaschinen im selben Reduktionsbaum verwendet wird.
  • Wie bereits erwähnt, müssen Reduktionsbäume aktiviert werden, bevor sie verwendet werden können. Eine Multicast-Sitzung kann zum Aktivieren des Baums verwendet werden. In einem globalen Reduktionsprozess kann die Multicast-Phase, in der das Ergebnis einer Reduktion verteilt wird, den Baum wieder scharfschalten. In einer Ausführungsform kann eine reduction_arm-Anforderung den Zustand enthalten, der für alle Punkte im Reduktionsbaum konstant ist. Reduktionsoperationen in einem bestimmten Baum können durch ihre Multicast-Adresse, ein Cookie rt_cookie und eine Sequenznummer rt_seqno identifiziert werden. Von allen Mitwirkenden kann verlangt werden, dass sie den gleichen Schutzschlüssel (der der VNI-Wert sein kann), den gleichen Cookie-Wert und die richtige Sequenznummer angeben. Die Reduktionsmaschine kann bestätigen, dass diese Bedingungen erfüllt sind. Der Cookie-Wert kann verwendet werden, um versehentliche oder böswillige Eingriffe in die Reduktion zu verhindern. Er kann ein Zufallswert sein, der vom Root-Prozess erzeugt wird.
  • Der Prozess der Aktivierung eines Reduktionsbaums kann einen dynamischen Zustand in den Reduktionsmaschinen für einen bestimmten Baum erzeugen. Der Wartezählwert kann aus der Multicast-Tabelle kopiert werden, die die Anzahl der Ausgangsports für eine bestimmte Multicast-Adresse angibt. Ein Timeout-Wert kann durch Vergleich des rt_waitcount-Wertes mit den von der Verwaltungssoftware programmierten Werten ermittelt werden. Der Schutzschlüssel, der Cookie-Wert und die Sequenznummer können aus dem Multicast-Frame kopiert werden. Ein lokaler Zähler rt count, der die Anzahl der empfangenen Reduktionsrahmen verfolgt, kann auf Null initialisiert werden.
  • Alle Beiträge zu einer bestimmten Reduktion können dieselbe Reduktionsoperation angeben, die durch einen rt_op-Wert identifiziert werden kann. Die Reduktionshardware kann einen Fehler erzeugen, wenn Frames mit der gleichen Sequenznummer unterschiedliche Operationen spezifizieren.
  • Teilergebnisrahmen können eine Zählung der kumulierten Anzahl von Beiträgen enthalten. Die Blatt-Endpunkte können Rahmen mit einer Zählung von eins einspeisen. Die Reduktionsmaschine kann den lokalen Zähler um die Teilzähler jedes Rahmens erhöhen, während sie die Reduktionsoperation durchführt. Der Reduktionsvorgang ist in einer bestimmten Reduktionsmaschine abgeschlossen, wenn der lokale Zähler den Wartezähler erreicht. Nach Abschluss einer Reduktion oder nach Ablauf der Zeitüberschreitung leitet die Reduktionsmaschine das Teilergebnis weiter und gibt den dynamischen Zustand für den Reduktionsbaum frei. Der statische Zustand verbleibt in der Multicast-Tabelle, bis der Eintrag in der Multicast-Tabelle gelöscht wird. Der Reduktionsbaum muss neu aufgerüstet werden, bevor er wieder verwendet werden kann.
  • Das Ergebnis der Reduktion wird durch einen Prozess am Wurzelknoten vervollständigt. Bei einer globalen Reduktion kann das Ergebnis an die Blattknoten verteilt werden, indem ein Multicast den Reduktionsbaum hinuntergeschickt wird. Durch diesen Vorgang kann der Baum auch wieder aufgerüstet werden. In einer Ausführungsform kann das System sowohl die Sequenznummer für das zu verteilende Ergebnis, rt_resno, als auch die Sequenznummer für die zu aktivierende Reduktion, rt _seqno, liefern. Eine Verwaltungssoftware kann die Sequenznummer von einer Reduktion zur nächsten inkrementieren. Im Normalbetrieb ist rt_seqno in der Regel um eins höher als rt_resno modulo der Größe des Zählers, was im Falle eines Fehlers möglicherweise nicht der Fall ist. Für Upstream-Reduktionsdatenrahmen muss rt_resno nicht von der Verwaltungssoftware gesetzt werden und kann daher von der Hardware ignoriert werden. Die Reduktionsmaschine kann rt resno gleich rt_seqno setzen, wenn sie Frames upstream sendet.
  • In dem in gezeigten Beispiel hat der Reduktionsbaum ein Verzweigungsverhältnis von vier. Endpunkte wie der Blatt-Endpunkt 208 liefern ihre Beiträge mit einer Zählung von eins. Jeder Schalter der ersten Stufe in diesem Beispiel, z. B. Schalter 206, hat eine Wartezahl von vier, was den vier Blatt-Endpunkten entspricht, die mit jedem Blattschalter verbunden sind. Diese Switches können Frames von ihren vier Childs kombinieren. Teilergebnis-Frames mit einer Contribution Count von vier werden in der Baumstruktur an den Switch der zweiten Stufe weitergeleitet, in diesem Beispiel an Switch 204. Schalter 204 kann einen Wait Count von 16 haben. Dieser Switch der zweiten Stufe wendet dann den Reduktionsoperator auf vier Rahmen an (einen von jedem seiner Kinder) und leitet einen Ergebnisrahmen mit der Anzahl 16 an den Root-Endpunkt 202 weiter. In der Praxis kann es vorkommen, dass der Multicast-Baum nicht vollständig ausgeglichen ist, da einige Blattknoten eine andere Anzahl von Beiträgen haben können als andere, und einige Vermittlungsstellen einer späteren Stufe können eine andere Anzahl von Beiträgen haben als andere Vermittlungsstellen auf derselben Ebene.
  • Beachten Sie, dass die Reduktions-Engine in jedem Schalter eine Komponente der Reduktion beschleunigen kann, was für die ordnungsgemäße Funktion nicht immer erforderlich ist. Ein Reduktionsarm-Befehl kann möglicherweise nicht in der Lage sein, einen Deskriptor zuzuweisen, weil vielleicht alle Deskriptoren belegt sind, oder ein Reduktionsdeskriptor hat eine Zeitüberschreitung, bevor alle Ergebnisse empfangen wurden. In beiden Fällen kann es vorkommen, dass Datenrahmen für diese Reduzierung keinen passenden Deskriptor finden und dann über den Multicast-Pfad weitergeleitet werden. Eine Reduktions-Engine in einem Switch, der sich weiter oben im Multicast-Baum befindet, kann diese Frames reduzieren oder sie erreichen die Root, wo sie in Software reduziert werden können.
  • Im Allgemeinen läuft eine einzelne Barriere- oder Reduktionsoperation so ab, dass jeder Knoten außer dem Wurzelknoten einen Beitrag leistet und dann auf ein Ergebnis wartet, das vom Wurzelknoten zurückgegeben wird. Der Wurzelknoten sammelt die Beiträge, schließt die Reduktion ab und sendet das Ergebnis im Multicast-Verfahren. Die Sequenznummer wird von einer solchen Reduktion zur nächsten hochgezählt. Es kann wünschenswert sein, mehrere Reduktionen gleichzeitig über dieselbe Gruppe von Knoten laufen zu lassen, um z. B. die Progression von nicht blockierenden Reduktionen zu entlasten oder die Bandbreite bei Gleitkommareduktionen mit mehreren Elementen zu erhöhen. Die Software kann mehrere gleichzeitige Reduktionen auf demselben Baum durchführen, indem sie solche Reduktionen anhand der hohen Bits der Multicast-Adresse unterscheidet. Zum Beispiel, Bits 15-3 des Multicast-Formats Destination
    Fabric Address (DFA), die in einer Ausführungsform als Inter-Switch-Adresse für das Routing des Datenverkehrs innerhalb einer Switch-Fabric verwendet wird, kann 8K-Multicast-Bäume unterscheiden. Die Bits 20-18 derselben Multicast-Adresse können dann zur Unterscheidung von bis zu 8 Reduzierungen verwendet werden, die gleichzeitig an demselben Baum durchgeführt werden. Wenn eine Reduktionsmaschine Teil von mehr als einem Reduktionsbaum ist, kann die Wahrscheinlichkeit von Konflikten steigen, wenn mehrere Reduktionen gleichzeitig durchgeführt werden. Dies kann dazu führen, dass mehr Reduktionsvorgänge weiter oben im Baum durchgeführt werden.
  • In einer Ausführungsform kann eine Reduktionsmaschine einen Timer verwenden, um die Zeit zu begrenzen, in der sie auf Beiträge wartet. Infolgedessen kann es zu einer Zeitüberschreitung bei Reduktionsoperationen kommen. Nach Ablauf des Zeitgebers kann das Teilergebnis einer Reduktion in Richtung des Wurzelendpunkts gesendet werden. Alle weiteren Datenrahmen, die mit einer zeitlich begrenzten Reduktion verbunden sind, können ebenfalls den Baum hinaufgeschickt werden.
  • zeigt ein Beispiel, bei dem ein Blatt-Endpunkt 402 (in grau dargestellt) zu spät in den Reduktionsprozess eintritt. Alle anderen Blatt-Endpunkte senden Pakete mit einer Zählung von eins. Einer der Switches der ersten Stufe, Switch 404 (grau dargestellt), hat bei Ablauf der Zeitüberschreitung Frames von drei seiner Kinder empfangen. Er kann dann einen Ergebnisrahmen mit einer Zählung von drei den Baum hinauf weiterleiten. Einige Zeit später liefert der Endpunkt 402 seinen Beitrag zur Reduzierung. Dieser Rahmen wird in der Baumstruktur nach oben weitergeleitet. In diesem Beispiel sammelt der Schalter 406 der zweiten Stufe fünf Rahmen, drei mit einer Zählung von vier, einen mit einer Zählung von drei (vom Schalter 404) und den späten Rahmen mit einer Zählung von eins vom Endpunkt 402. Der Schalter 406 sendet anschließend sein Ergebnis mit einem Zählerstand von 16 an den Root-Endpunkt 408. In einer Ausführungsform kann der Switch 406 der zweiten Stufe eine längere Timeout-Periode haben, um die verspätete Ankunft zu berücksichtigen. Hätten alle Switches die gleichen Timeout-Werte, könnte der Second Stage Switch 406 zwei Frames an den Root-Endpunkt 408 weiterleiten, einen mit einem Zählerstand von 15 und den verspäteten Frame von Endpunkt 402 mit einem Zählerstand von eins. Der Root-Endpunkt kann dann die Reduzierung abschließen.
  • In einer Ausführungsform kann der Wert für eine Reduktionszeitüberschreitung auf der Grundlage der erwarteten Zeit zwischen den Reduktionsvorgängen plus dem Doppelten der erwarteten Schwankung der Ankunftszeit festgelegt werden. Hohe Timeout-Werte (Sekunden) verändern den fehlerfreien Betrieb nicht, können aber im Fehlerfall das Eintreffen der Teilergebnisse verzögern. Hohe Timeout-Werte können auch dazu führen, dass die Ressourcen der Verkleinerungsmaschine im Falle eines verworfenen Bildes oder des verspäteten Eintreffens eines Teilergebnisses länger gebunden sind. Andererseits können niedrige Timeout-Werte zu Problemen mit der Skalierbarkeit führen.
  • Der Zweck der Reduktionsmaschine besteht darin, latenzempfindliche Vorgänge zu beschleunigen, z. B. solche, bei denen alle Prozesse ungefähr zur gleichen Zeit an einer Reduktion oder Barriere ankommen. Wenn ein erhebliches Lastungleichgewicht besteht und ein oder mehrere Endpunkte verspätet eintreffen, kann der Stammknoten mehrere Rahmen empfangen. Der Wurzelknoten kann die Reduzierung schnell abschließen, wenn der letzte Frame eintrifft. Wenn die Zeitüberschreitung korrekt (oder konservativ) eingestellt ist, kann die Zeit für die Verarbeitung dieser Frames im Vergleich zur Wartezeit gering sein.
  • In einigen Systemen, z. B. Exascale-Systemen, sind Fehler wie Frame-Drops zu erwarten. Der Reduktionsmechanismus kann so gestaltet werden, dass er auch bei Fehlern noch gut funktioniert. Zwei Fehlerklassen können für die Reduktionsoperationen von Bedeutung sein: Verbindungsfehler, die zur Beschädigung von Frames führen, und Gerätefehler, die zum Fallenlassen von Frames führen. Sofern verfügbar, kann die Wiederholung auf der Verbindungsebene vor allgemeinen Verbindungsfehlern schützen; daher ist davon auszugehen, dass der vorherrschende Fehlerfall verloren gegangene Rahmen sind, die auf einen Switch- oder Kabelausfall zurückzuführen sind. Wird die Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) ohne Wiederholungsversuch auf der Verbindungsebene verwendet, kann ein kleiner Teil der Verbindungsfehler zu Rahmenausfällen führen. Die meisten dieser Frame-Drops können bei Massendatenübertragungen und nicht bei Reduktionen auftreten. Allerdings kann die Wahrscheinlichkeit, dass ein Fehler zum Verlust von Reduktionsframes führt, mit der Auftragsgröße steigen.
  • Die Zeit, die benötigt wird, um Fehler bei Reduktionsoperationen aufgrund von Rahmenverlusten zu erkennen, kann im Allgemeinen in Sekunden angegeben werden. Bei normalem Betrieb kann dieser Zeitraum länger sein als die erwartete Streuung der Ankunftszeiten oder die Zeit, die die Knoten mit Berechnungen verbringen, während sie auf den Abschluss einer nicht blockierenden Reduktion warten. Nach diesem Zeitraum kann davon ausgegangen werden, dass der Root-Prozess blockiert ist und auf den Abschluss der Reduktion wartet. Es gibt jedoch viele Beispiele, in denen Prozesse lange Zeit auf Reduktions- oder Sperrvorgänge warten, während andere Prozesse sequenzielle Arbeiten abschließen. Eine lange Zeit in einer Reduktion bedeutet nicht immer, dass ein Fehler aufgetreten ist.
  • zeigt ein Beispiel, bei dem ein Blatt-Endpunkt aufgrund eines Fehlers keinen Beitrag liefert. In diesem Beispiel hat der Blatt-Endpunkt 502 einen Fehler und liefert seinen Beitrag zum Reduktionsprozess nicht. Infolgedessen kommt es zu einer Zeitüberschreitung des Zwischenschalters 504, der ein Teilergebnis mit einem Zählerstand von drei weiterleitet. Der Root-Switch 506 schaltet erneut ab (weil die Gesamtzahl von 16 nicht empfangen wurde, bevor der Zeitgeber des Switches 506 abläuft) und leitet einen Frame mit einer Zählung von 15 weiter, oder vielleicht einen Frame mit einer Zählung von 12 und einen zweiten, nachfolgenden Frame mit einer Zählung von drei. In jedem Fall konsumiert der Root-Endpunkt 508 den/die Rahmen und stellt fest, dass ein Fehler aufgetreten ist.
  • zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften zeitgesteuerten Reduktionsprozesses. In diesem Beispiel empfängt eine Reduktionsmaschine zunächst einen Ergebnisrahmen vom Wurzelknoten, der die Reduktionsmaschine aktiviert (Vorgang 522). Das Reduktionssystem wird dann für den im Ergebnisrahmen identifizierten Reduktionsbaum aktiviert und leitet den Ergebnisrahmen an seine untergeordneten Knoten im Reduktionsbaum weiter (Vorgang 524). Als Nächstes stellt die Reduktionsmaschine fest, ob eine ausreichende Anzahl von Reduktionsbeiträgen eingegangen ist (Vorgang 526). Diese Feststellung basiert auf dem entsprechenden Wartezähler, der in der Bereitschaftsphase bei der erstmaligen Initiierung des Reduktionsbaums eingerichtet wurde. Wenn der Wartezähler erfüllt ist, führt die Reduktionsmaschine die Reduktionsoperation an den empfangenen Beiträgen durch, erzeugt ihren eigenen Reduktionsrahmen und leitet den Reduktionsrahmen an die Wurzel weiter (Operation 532). Wenn die Wartezeit nicht erfüllt ist, stellt das Reduktionsmodul außerdem fest, ob der Zeitgeber abgelaufen ist (Vorgang 528). Wenn der Zeitgeber nicht abgelaufen ist, wartet das Reduktionssystem weiter auf Reduktionsrahmen von untergeordneten Knoten (Vorgang 530). Ist der Zeitgeber abgelaufen, führt das Reduktionssystem die Reduktionsoperationen an den empfangenen Reduktionsrahmen durch, falls vorhanden, und leitet seinen eigenen Reduktionsrahmen an den Stammknoten weiter (Vorgang 532). Wenn nach Ablauf des Zeitgebers verspätete Beitragsrahmen eintreffen, kann das Reduktionsmodul diese ebenfalls an den Stammknoten weiterleiten (Vorgang 534).
  • In einer Ausführungsform können zuverlässige Reduktionen auf der Transportschicht implementiert werden. Die Netzhardware kann so ausgelegt sein, dass sie den Normalfall beschleunigt und im Fehlerfall alle Hardwareressourcen freigibt. Die Software kann sich gegen Geräteausfälle im Reduktionsbaum schützen, indem sie dieselbe Reduktionsoperation über zwei unabhängige Bäume ausführt. Die Wahrscheinlichkeit eines unkorrelierten Doppelfehlers ist gering. Wenn der Root-Endpunkt ein Ergebnis (oder genügend Frames zur Erstellung des Ergebnisses) von einem Baum erhält, kann die Host-Software das Ergebnis in beiden Bäumen per Multicast übertragen. Die Sequenznummer des erfolgreichen Vorgangs kann als Ergebnisnummer verwendet werden.
  • Wenn der zweite Baum mit einem Teilergebnis zurückbleibt, das möglicherweise mehrere Schritte zurückliegt, oder wenn er auf einer überlasteten Verbindung oder in einer überfüllten Warteschlange feststeckt, kann die Zustellung des reduzierten Multicast-Rahmens mit gesetztem rt_arm-Bit die Sequenznummer erhöhen und den Status löschen. Frames mit einer alten Sequenznummer können verworfen werden. Ein oder mehrere Frames können sich noch auf dem Weg nach oben im Baum befinden.
  • Reduzierungen sind in der Regel latenzabhängig und nicht bandbreitenintensiv. Die zusätzliche Netzlast, die durch zwei gleichzeitige Verkleinerungen entsteht, ist normalerweise vernachlässigbar. Ein zusätzlicher Vorteil der zweimaligen Durchführung von Verkleinerungen auf unterschiedlichen Bäumen ist, dass das erste Ergebnis verwendet werden kann, was die Zeit bis zum Abschluss des Vorgangs verkürzen kann, wenn das Netz überlastet ist. Der Nachteil dieses Ansatzes ist jedoch, dass doppelt so viele Reduktionsressourcen (z. B. Multicast-Tabelleneinträge und Reduktions-Engines/IDs) verwendet werden, wodurch sich die Anzahl der gleichzeitigen Reduktionen um den Faktor zwei verringern kann.
  • Ein korrelierter Doppelfehler kann als Folge eines Stromausfalls im Chassis auftreten, aber ein solcher Fehler kann wahrscheinlich auch zu Knotenausfällen führen. In einem Multi-Slice-Netz kann die Software Reduktionsbäume auf verschiedenen Slices erstellen. Wenn nur ein einziges Netzwerk-Slice vorhanden ist, können Bäume auf demselben Slice einen gemeinsamen Chassis-Switch nutzen. Die Reduktion ist anfällig für den Ausfall dieses Switches, aber ein solcher Fehler kann auch die Knoten abschalten.
  • Durch das Zulassen von Zeitüberschreitungen bei Reduktionen wird sichergestellt, dass im Fehlerfall kein Reduktionszustand zurückbleibt. Es ist nicht erforderlich, Verwaltungsanfragen zur Suche und Freigabe von Hardwareressourcen nach einem Fehler zu stellen. In einigen Ausführungsformen kann im Fehlerfall ein Reduktionsstatus im Netz zurückbleiben und die Fehlerbehebung kann komplex sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann ein flexibles Reduktionsprotokoll bereitgestellt werden, bei dem eine fehlende Reduktionsmaschine oder eine, bei der alle Ressourcen verbraucht wurden, das Protokoll nicht dysfunktional macht. Eine fehlende frühe Blattreduktionsberechnung kann von einer Reduktionsmaschine weiter oben im Baum vervollständigt werden, wie in gezeigt. In diesem Beispiel ist die Reduktionsmaschine auf einem Blattschalter 604 für den Reduktionsprozess nicht verfügbar. Daher leitet der Leaf-Switch 604 alle vier Beitragsrahmen, die von den vier untergeordneten Leaf-Endpunkten erzeugt wurden, an einen Root-Switch 606 weiter. In der Zwischenzeit senden die anderen drei Leaf-Switches 601, 602 und 603 ihre jeweiligen Reduktionsrahmen (mit einer Anzahl von vier) an den Root-Switch 606. Der Root-Switch kann alle diese sieben Frames verarbeiten und leitet einen einzigen Reduktions-Frame mit einer Anzahl von 16 an den Root-Endpunkt 608 weiter. Im Allgemeinen kann eine Reduktionsberechnung weiter oben im Baum von einem Prozess abgeschlossen werden, der auf dem Wurzelknoten läuft. Die von den Reduktions-Engines in diesen Fällen gebotene Beschleunigung kann unterschiedlich sein, aber das berechnete Ergebnis bleibt dasselbe.
  • Wenn ein Reduktionsbaum scharfgeschaltet ist, aber keine Beiträge geliefert werden, bevor alle aktiven Reduktionsmaschinen eine Zeitüberschreitung aufweisen, können alle Beiträge an den Wurzelendpunkt weitergeleitet werden. Der Wurzelprozess kann dann die gesamte Berechnung durchführen. Die für diese Berechnung benötigte Zeit kann viel kürzer sein als die Timeout-Periode. Für dieses Reduktionsszenario ist keine Beschleunigung erforderlich.
  • Die maximale Anzahl der Reduktionsbäume, die auf einem bestimmten System unterstützt werden können, kann durch das Produkt aus der Anzahl der Endpunkte, die als Wurzel fungieren können, und der Anzahl der aktiven Bäume, die von einer bestimmten Reduktionsmaschine unterstützt werden, bestimmt werden. Die Beschleunigung von Reduktionen über eine kleine Anzahl von Knoten ist in der Regel von begrenztem Wert, da jeder Knoten seinen Beitrag einfach an den Wurzelknoten senden kann. Angenommen, das Ziel ist es, Reduktionen von sechzehn und mehr Knoten zu beschleunigen. Ein System könnte tausend oder mehr solcher Aufträge ausführen, während große Systeme dazu neigen, eine Mischung von Auftragsgrößen, was wiederum die Anzahl der aktiven Reduktionsbäume verringern kann. Eine große Anwendung kann mehrere Reduktionsbäume gleichzeitig verwenden. Im kanonischen Beispiel können die Prozesse in einem 2D-Netz angeordnet werden, und die Reduktionen werden über die Zeilen, die Spalten und über das gesamte Netz durchgeführt. Bei P Prozessen kann die Anzahl der aktiven Reduktionen das Doppelte der Quadratwurzel von P plus eins betragen. Aus Implementierungsgründen ist die Multicast-Tabelle relativ teuer in Bezug auf die Chipfläche. In einer Ausführungsform kann ein Switch-Chip 8192 Multicast-Adressen unterstützen, wobei auch andere Zahlen möglich sind. Es ist zu beachten, dass sich nicht überschneidende Bäume die gleiche Multicast-Adresse verwenden können.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Software entscheiden, welche Reduzierungen ausgelagert werden sollen. Es kann eine Anfrage an das Netzmanagementsystem gesendet werden, um einen Reduktionsbaum zu erstellen. Schlägt diese Anforderung fehl, kann die Netzanwendungsschnittstelle (API) den Vorgang in Software durchführen. Die Ausführung verschiedener Instanzen desselben Auftrags mit softwarebasierten Reduktionen oder beschleunigten Reduktionen kann jedoch zu Leistungsschwankungen führen, was unerwünscht ist. Die Strategie für die Verlagerung der Verkleinerung kann so konfiguriert werden, dass ein Auslaufen der Verkleinerungsbäume unwahrscheinlich ist.
  • In einer Ausführungsform wird ein 6-Bit-Befehlsfeld verwendet, um verschiedene Verkleinerungsoperationen anzuzeigen, wie in dargestellt. Dieses 6-Bit-Befehlsfeld kann bei Bedarf erweitert werden. Mehrere gleichzeitige Reduktionen können auf denselben Baum angewendet werden. Jede Reduktion kann eine andere Reduktions-ID in der DFA verwenden. Die Wartezeit kann so eingestellt werden, dass sie für einen Beitrag pro Knoten in einem System mit maximaler Größe ausreicht. In einer Ausführungsform kann der Wartezähler ein 20-Bit-Wert sein.
  • Darüber hinaus können vier konfigurierbare Timeout-Werte bereitgestellt werden. Diese 24-Bit-Werte können in Einheiten von 1024 Taktzyklen angegeben werden. Bei 850 MHz ergibt dies einen Bereich von 1,20us bis 20,2s. Darüber hinaus kann eine 10-Bit-Sequenznummer verwendet werden, die die Wiederverwendung eines alten Reduktionsrahmens mit derselben Multicast-Adresse und demselben Cookie-Wert im Netz verhindert. Es ist zu beachten, dass dieses Problem nicht im selben Reduktionsbaum auftritt, da die Zustellung in der Reihenfolge verhindert, dass ein alter Reduktionsrahmen nach später im selben Baum übertragenen Rahmen zugestellt wird. Damit ein zu spät eintreffendes Telegramm ein Problem verursacht, muss der Prozess, zu dem es gehört, zuerst beendet werden, damit ein neu gestarteter Prozess einen neuen Multicast-Baum anfordern kann, der mit derselben Multicast-Adresse aufgebaut werden kann. Die Chance, dass der alte Reduktions-Frame die Neuprogrammierung der Multicast-Tabelle überlebt, ist gering. Wenn er überlebt hat, muss er den neuen Baum immer noch kreuzen, nachdem der neue Baum 1024 Reduktionen durchgeführt hat. Beachten Sie, dass der 32-Bit-Cookie-Wert auch eine zusätzliche Schutzschicht bieten kann.
  • zeigt eine beispielhafte Liste von Reduktionsoperationen, die im Folgenden erläutert werden. Die Operationen FLT _REP SUM und MINMAXLOC unterstützen jeweils eine Reduktion pro Baum. Bei allen anderen Operationen können vier Kürzungen pro Baum parallel durchgeführt werden. Die Fließkommasummenoperationen können vier Rundungsmodi und Flush-to-Zero (FTZ) haben, die in drei Bits als acht verschiedene Befehle kodiert werden können. Die Fließkomma-MIN- und MAX-Operationen haben zwei Modi für die Behandlung von NaNs (spiegelbildlich zu den ARM MIN- und MINNUM-Operationen). FTZ gilt nur für denormalisierte Ergebnisse. Wenn ein Ergebnis denormalisiert werden soll, wird es stattdessen auf 0 gesetzt und flt_inexact wird ausgelöst. Die manchmal als DAZ bezeichnete Operation kann in der Software an den Blattknoten unterstützt werden.
  • BARRIER: Die von BARRIER-Operationen zurückgegebenen Daten sind immer 0.
  • MINMAXLOC: Die MINMAXLOC-Operatoren werden zur Unterstützung von MINLOC und MAXLOC verwendet. Mit den Operanden 0 und 1 wird die MINLOC berechnet, mit den Operanden 2 und 3 die MAXLOC. zeigt einen Satz von MINMAXLOC-Operanden. Wenn mehr als ein Index den Minimal-/Maximalwert enthält, wird der niedrigste dieser Indizes im MINLOC/MAXLOC-Feld gespeichert.
  • FLT MIN und FLT MAX: Wenn alle Eingänge von FLT_MIN oder FLT_MAX Fließkommazahlen sind, wird der minimale oder maximale Wert zurückgegeben. Wenn einer der Operanden von FLT_MIN oder FLT_MAX ein NaN ist, wird NaN zurückgegeben. Wenn in einer gegebenen paarweisen Reduktion ein Operand ein signalisiertes NaN und ein Operand ein stilles NaN ist, wird das signalisierte NaN ausgewählt und zurückgegeben. Das zurückgegebene NaN kann in ein stilles NaN umgewandelt werden, wobei das Vorzeichenbit gelöscht wird.
  • FLT_MINNUM und FLT_MAXNUM: Diese Operationen sind ähnlich wie FLT_MIN und FLT_MAX, behandeln aber Operanden, die NaNs sind, anders. Liegt kein signalisiertes NaN vor, können FLT_MINNUM und FLT_MAXNUM die kleinsten/größten Zahlen der Reduktion zurückgeben. Ein stilles NaN wird nur zurückgegeben, wenn alle Operanden in einer dieser Reduktionen stille NaNs sind.
  • Das Verhalten von signalisierenden NaNs in Bezug auf diese Operatoren kann durch ein R_TF_RED_CFG_MODE-Register gesteuert werden. Im Standard-IEEE-Modus erzeugt ein signalisierendes NaN (SNaN) als Operand einer paarweisen Reduktion immer ein stilles NaN als Ergebnis. Dies führt zu unbestimmten Ergebnissen für die gesamte Reduktion. Im empfohlenen assoziativen Modus ist das Ergebnis die Zahl, wenn ein Operand SNaN und der andere eine Zahl ist. Wenn also im assoziativen Modus mindestens ein Operand in der Reduktion eine Fließkommazahl ist, wird der minimale oder maximale Fließkomma-Operand zurückgegeben. In beiden Modi wird fit_invalid zurückgegeben, wenn einer der Operanden eine signalisierende NaN ist.
  • FLT_ MINMAXNUMLOC: Bei dieser Operation werden sowohl FLT MINNUM als auch FLT _MAXNUM berechnet.
  • FLT_SUM: Diese Fließkommasummen-Operation verfügt über eine Option „Flush-to-Zero“ und vier Rundungsmodi. Wenn die Option „Flush-to-Zero“ aktiviert ist, wird die Summe, wenn sie denormalisiert ist, auf 0 gesetzt. Das Vorzeichen des denormalisierten Ergebnisses bleibt erhalten. Die vier Rundungsmodi entsprechen den ARM-Rundungsmodi und sind in dargestellt.
  • FLT _REPSUM: Die reproduzierbare Fließkommasumme wird erreicht, indem jeder Fließkommaoperand in bis zu vier ganzzahlige Komponenten aufgeteilt wird, von denen jede eine begrenzte Genauigkeit hat. Die Anzahl der signifikanten Bits (W) in jeder Komponente wird so gewählt, dass kein Integer-Überlauf auftreten kann. Der Wert von W wird von der Software ausgewählt und ist in der Hardware nicht zu erkennen. W wird verwendet, um die ganzzahligen Werte IX zu berechnen, die in den Reduktionsoperanden rt_data geladen werden. Wenn die Reduktion abgeschlossen ist, wird W verwendet, um das Fließkommaergebnis zu bilden. Die Software kann W auf 40 setzen; in diesem Fall können bis zu 2^24 Operanden reduziert werden. Eine Fließkommazahl kann durch bis zu vier W-Bit-Ganzzahlen wie folgt dargestellt werden: Σ j = M M + 4 IX [ j − M ] × 2 W × j .
    Figure DE112020002497T5_0001
  • Für jeden Fließkomma-Operanden wählt die Software den größten Wert von M so aus, dass das niedrigstwertige Bit des Operanden in IX[0] erscheint. Die Software ist dafür verantwortlich, die vier IX-Werte in rt_data und den Wert von M in rt_repsum_m zu laden, der eine ganze Zahl mit Vorzeichen ist. IX[0], der niederwertigste Operand, wird in rt_data[0] geladen.
  • Wenn zwei Operanden in diesem Format von der Reduktionsmaschine addiert werden und M, M' des einen Operanden größer als der andere ist, kann die Hardware alle IX[j] im kleineren Operanden verwerfen, bei denen j < M' ist, da diese Werte für das Endergebnis möglicherweise keine Bedeutung haben. Tritt dieser Fall während der Reduktion ein und werden alle Operanden, die nicht Null sind, verworfen, kann repsum_inexact zurückgegeben werden.
  • Wenn die Reduktion abgeschlossen ist, kann der Wurzelprozess die resultierenden Operanden und rt_repsum_m in eine Fließkommazahl umwandeln. Wenn es mehr Operanden gibt, als von dem gewählten W unterstützt werden, kann int_overtflow zurückgegeben werden. In diesem Fall ist das Ergebnis ungültig. Beachten Sie, dass int_overflow nur gemeldet wird, wenn der Überlauf in einem der signifikanten Werte des Ergebnisses auftritt. Die rt_repsum_oflow_id identifiziert den höchstwertigen Operanden, bei dem ein Überlauf auftritt. Wenn ein Teilergebnis mit int_overflow mit einem anderen Teilergebnis reduziert wird und (M + rt_repsum_oflow_id) des Teilergebnisses mit Überlauf kleiner ist als M' des anderen Teilergebnisses, wird der Ergebniscode int_overflow verworfen.
  • In einigen Ausführungsformen kann in der Multicast-Tabelle ein statischer Zustand für Reduktionsoperationen programmiert werden. Dieser Status kann zwischen den Geräten im selben Reduktionsbaum variieren. Der Status kann vom Verwaltungsagenten erstellt werden, wenn ein Auftrag beginnt oder ein neuer Reduzierungsbaum erstellt wird. Dabei kann derselbe Mechanismus wie bei der Erstellung von Standard-Multicast-Einträgen verwendet werden. Die Multicast-Reduktionsbäume unterscheiden sich von Multicast-Bäumen durch eine Wartezeit ungleich Null. Der Timeout-Wert für eine Reduktion in einer bestimmten Reduktionsmaschine kann durch ihren Wait Count-Wert und die Konfiguration bestimmt werden.
  • Das Format des Verkleinerungsrahmens ist für die Rahmen reduction_arm und reduction_data identisch. Sie lassen sich durch das Feld rt_arm unterscheiden, das in allen absteigenden Rahmen gesetzt werden kann. Der 84-Byte-Reduktionsrahmen im Format der Portale ist in dargestellt.
  • Der Portals-Header und die Befehlsfelder werden einmal im Reduktionsstatus gespeichert. Der 12-Byte-Reduktionskopf ist in dargestellt. Die Endianness der Operanden, die für die reproduzierbaren MINMAXLOC-Summenoperatoren verwendet wird, ist in dargestellt.
  • Fehler oder ungenaue Ergebnisse, die im Laufe einer Reduktion auftreten, werden in rt_rc gemeldet. Im Allgemeinen verhindern diese Ereignisse nicht, dass die Reduktion abgeschlossen wird. Im Falle einer Opcode-Fehlanpassung kann die Reduktion jedoch nicht durchgeführt werden. In diesem Fall werden die Source Fabric Addresses (SFA) von zwei Operanden mit unterschiedlichen Opcodes in rt_data[0] zurückgegeben. Die Ergebniscodes der Reduktion sind in zusammengefasst.
  • Es gibt nur einen gemeinsamen Ergebniscode für die vier parallelen Reduktionen. Die Ergebniscodes werden in Prioritätsreihenfolge definiert. Wenn eine Reduktion auf mehr als eine Ausnahmebedingung stößt, wird die größte beibehalten. Zum Beispiel ist flt_invalid der FLT_SUM-Ergebniscode mit der höchsten Priorität.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Reduktions-Engine von einer Ethernet-NIC verwendet werden, die im Allgemeinen nicht für den Betrieb mit der HPC-Ethernet-Spezifikation ausgestattet ist und das Portals-Paketformat verwendet. Um die Reduktion mit Hilfe von Reduktionsmaschinen zu erleichtern, kann das System die Soft-Portals-Kapselung verwenden, bei der dem Portals-Paket ein Ethernet-Header vorangestellt werden kann, der so konstruiert ist, dass er mit der Konfiguration für Portals an dem Port, an den die NIC angeschlossen ist, übereinstimmt. Dies ist in dargestellt.
  • Innerhalb des Linux-Betriebssystems ist es möglich, diese Pakete unter Verwendung eines Raw-Sockets zu erstellen; dies ist für Funktionstests geeignet, da der Prozess als Root oder mit CAP_NET_RAW ausgeführt werden muss. Der Socket kann geöffnet werden, um nur den spezifizierten Ether-Typ zu empfangen, für den ein Switch im Ethernet-Header konfiguriert ist, den er den Portals-Paketen voranstellt. Es sollte beachtet werden, dass das VNI-Feld des Portals-Pakets der Schutzmechanismus ist, der in einer privilegierten Domäne eingefügt werden kann und für den Produktionseinsatz in einem Kernelmodul ausgeführt werden kann.
  • zeigt ein beispielhaftes Vermittlungssystem, das eine Reduktionsmaschine unterstützt. In diesem Beispiel kann ein Schalter 1502 eine Reihe von Kommunikationsanschlüssen, wie z. B. Anschluss 1520, umfassen. Jeder Anschluss kann einen Sender und einen Empfänger enthalten. Der Schalter 1502 kann auch einen Prozessor 1504, eine Speichervorrichtung 1506 und einen Schaltlogikblock 1508 enthalten. Der Schaltlogikblock 1508 kann mit allen Kommunikationsanschlüssen verbunden sein und außerdem einen Kreuzschienenschalter 1510 und einen Logikblock 1514 für die Reduktionsmaschine enthalten.
  • Der Crossbar-Switch 1510 kann einen oder mehrere Crossbar-Switch-Chips enthalten, die so konfiguriert werden können, dass sie Datenpakete und Steuerpakete zwischen den Kommunikationsanschlüssen weiterleiten. Der Logikblock 1514 der Reduktionsmaschine kann so konfiguriert werden, dass er verschiedene dynamische Reduktionsfunktionen wie oben beschrieben durchführt. Der Schaltlogikblock 1508 enthält auch eine Multicast-Tabelle 1516, in der die Topologie des Reduktionsbaums und Zustandsinformationen gespeichert werden können, um die vom Reduktionslogikblock 1514 durchgeführten Reduktionsoperationen zu erleichtern. Es können auch andere Arten von Datenstrukturen zum Speichern der Topologie- und Zustandsinformationen verwendet werden.
  • Zusammenfassend beschreibt die vorliegende Offenlegung einen Switch, der in der Lage ist, ein Reduktionsmodul in einem Netzwerk dynamisch zuzuweisen. Der Switch ist mit einem Reduktionsmodul ausgestattet, das dynamisch auf der Grundlage eines Multicast-Rahmens zugewiesen werden kann, um eine fliegende Reduktion durchzuführen. Dadurch kann das Netzwerk eine effiziente und skalierbare Umgebung für Hochleistungs-Computing ermöglichen.
  • Die oben beschriebenen Methoden und Prozesse können von Hardware-Logikblöcken, Modulen, Logikblöcken oder Geräten ausgeführt werden. Zu den Hardware-Logikblöcken, -Modulen, -Logikblöcken oder -Vorrichtungen können unter anderem anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC), feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), dedizierte oder gemeinsam genutzte Prozessoren, die einen Code zu einem bestimmten Zeitpunkt ausführen, und andere bekannte oder später entwickelte programmierbare Logikvorrichtungen gehören. Wenn die Hardware-Logikblöcke, -Module oder -Geräte aktiviert werden, führen sie die darin enthaltenen Methoden und Prozesse aus.
  • Die hier beschriebenen Methoden und Prozesse können auch als Code oder Daten verkörpert werden, die in einem Speichergerät oder computerlesbaren Speichermedium gespeichert werden können. Wenn ein Prozessor den gespeicherten Code oder die Daten liest und ausführt, kann der Prozessor diese Methoden und Prozesse durchführen.
  • Die vorstehenden Beschreibungen von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden nur zur Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt. Sie erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit und beschränken die vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellten Formen. Dementsprechend werden viele Modifikationen und Variationen für den Fachmann auf dem Gebiet der Technik offensichtlich sein. Außerdem soll die vorliegende Erfindung durch die obige Offenbarung nicht eingeschränkt werden. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims (21)

  1. Schalter, bestehend aus: eine Reihe von Häfen; und eine Reduktionsmaschine, die mit mindestens einem Port gekoppelt ist und die: auf der Grundlage eines empfangenen Rahmens für einen Reduktionsprozess scharfgeschaltet zu werden, wobei der empfangene Rahmen eine Multicast-Adresse umfasst ; Bestimmen einer Anzahl von Ausgangsports auf der Grundlage der Multicast-Adresse; und Senden des Rahmens an die bestimmten Ausgangsports, wodurch zusätzliche Reduktionsmaschinen für den Reduktionsprozess aktiviert werden können.
  2. Schalter nach Anspruch 1, wobei der Rahmen den Reduktionsprozess eindeutig identifiziert.
  3. Schalter nach Anspruch 1, wobei die Reduktionsmaschine ferner einen Wartezählwert für den Reduktionsprozess auf der Grundlage einer Anzahl von Endpunkten unterhalb der Vermittlungsstelle auf der Grundlage eines Multicast-Baums, der der Multicast-Adresse entspricht, festlegen soll.
  4. Schalter nach Anspruch 3, wobei die Reduktionsmaschine weiterhin dazu dient: einen oder mehrere empfangene Reduktionsrahmen zu identifizieren, die mit dem Reduktionsprozess verbunden sind; festzustellen, dass eine Gesamtzahl von Beiträgen, die durch die empfangenen Reduktionsrahmen angezeigt werden, gleich der Wartezählung ist; und eine Reduktionsoperation auf der Grundlage der Beiträge durchzuführen, um einen Reduktionsrahmen zu erzeugen, der an einen Elternknoten weitergeleitet wird.
  5. Schalter nach Anspruch 4, wobei der erzeugte Reduktionsrahmen eine Zählung der Gesamtbeiträge auf der Grundlage der empfangenen Reduktionsrahmen umfasst.
  6. Schalter nach Anspruch 1, wobei die Reduktionsmaschine ferner dazu dient, einen übergeordneten Knoten aufzuzeichnen, von dem der Rahmen empfangen wird, wodurch die anschließende Weiterleitung eines Reduktionsrahmens an einen Wurzelknoten erleichtert wird.
  7. Schalter nach Anspruch 1, wobei die Reduktionsmaschine bei der Bestimmung der Ausgangsports eine Multicast-Tabelle auf der Grundlage der Multicast-Adresse nachschlagen soll.
  8. Verfahren, das Folgendes umfasst: Aktivieren einer Reduktionsmaschine für einen Reduktionsprozess auf der Grundlage eines empfangenen Rahmens, wobei der empfangene Rahmen eine Multicast-Adresse umfasst; Bestimmen einer Anzahl von Ausgangsanschlüssen auf der Grundlage der Multicast-Adresse; und Senden des Rahmens an die bestimmten Ausgangsanschlüsse, wodurch ermöglicht wird, dass zusätzliche Reduktionsmaschinen für den Reduktionsprozess aktiviert werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Rahmen den Reduktionsprozess eindeutig identifiziert.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, das ferner das Einstellen eines Wartezählers für den Reduktionsprozess auf der Grundlage einer Anzahl von Endpunkten unterhalb des Schalters auf der Grundlage eines Multicast-Baums, der der Multicast-Adresse entspricht, umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: Identifizieren eines oder mehrerer empfangener Reduktionsframes, die mit dem Reduktionsprozess verbunden sind; Bestimmen, dass eine Gesamtzahl von Beiträgen, die durch die empfangenen Reduktionsframes angezeigt werden, gleich der Wartezählung ist; und Durchführen einer Reduktionsoperation auf der Grundlage der Beiträge, um einen Reduktionsframe zu erzeugen, der an einen Elternknoten weitergeleitet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der erzeugte Reduktionsrahmen eine Zählung der Gesamtbeiträge auf der Grundlage der empfangenen Reduktionsrahmen umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 8, das ferner das Aufzeichnen eines übergeordneten Knotens umfasst, von dem der Rahmen empfangen wird, wodurch die anschließende Weiterleitung eines Verkleinerungsrahmens an einen Stammknoten erleichtert wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Bestimmung der Ausgangsports das Nachschlagen in einer Multicast-Tabelle auf der Grundlage der Multicast-Adresse umfasst.
  15. Netzwerksystem, das Folgendes umfasst: eine Anzahl miteinander verbundener Switches, wobei ein jeweiliger Switch umfasst: eine Anzahl von Anschlüssen; und eine Reduktionsmaschine, die mit mindestens einem Port gekoppelt ist, um: für einen Reduktionsprozess auf der Grundlage eines empfangenen Rahmens aktiviert zu werden, wobei der empfangene Rahmen eine Multicast-Adresse umfasst; eine Anzahl von Ausgangsports auf der Grundlage der Multicast-Adresse zu bestimmen; und den Rahmen an die bestimmten Ausgangsports zu senden, wodurch ermöglicht wird, dass zusätzliche Reduktionsmaschinen für den Reduktionsprozess aktiviert werden.
  16. Netzwerksystem nach Anspruch 15, wobei der Rahmen den Reduktionsprozess eindeutig identifiziert.
  17. Netzwerksystem nach Anspruch 15, wobei die Reduktionsmaschine ferner einen Wartezählwert für den Reduktionsprozess auf der Grundlage einer Anzahl von Endpunkten unterhalb des Switches auf der Grundlage eines Multicast-Baums, der der Multicast-Adresse entspricht, festlegen soll.
  18. Netzwerksystem nach Anspruch 15, wobei die Reduktionsmaschine ferner dazu dient: einen oder mehrere empfangene Reduktionsrahmen zu identifizieren, die mit dem Reduktionsprozess verbunden sind; festzustellen, dass eine Gesamtzahl von Beiträgen, die durch die empfangenen Reduktionsrahmen angezeigt werden, gleich der Wartezählung ist; und eine Reduktionsoperation auf der Grundlage der Beiträge durchzuführen, um einen Reduktionsrahmen zu erzeugen, der an einen Elternknoten weitergeleitet wird.
  19. Netzsystem nach Anspruch 15, wobei der erzeugte Reduktionsrahmen eine Zählung der Gesamtbeiträge auf der Grundlage der empfangenen Reduktionsrahmen umfasst.
  20. Netzwerksystem nach Anspruch 15, wobei die Verkleinerungsmaschine ferner dazu dient, einen übergeordneten Knoten aufzuzeichnen, von dem der Rahmen empfangen wird, wodurch die anschließende Weiterleitung eines Verkleinerungsrahmens an einen Stammknoten erleichtert wird.
  21. Netzwerksystem nach Anspruch 15, wobei die Reduktionsmaschine bei der Bestimmung der Ausgangsports eine Multicast-Tabelle auf der Grundlage der Multicast-Adresse nachschlagen soll.
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