JPH06325005A - 再構成可能なトーラス・ネットワーク方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】トーラス・ネットワークをサブユニットに分割
し、各サブユニットと外部装置とを接続して、柔軟に再
構成可能とする。 【構成】ｎ次元のトーラス・ネットワーク１をサブユニ
ット１０に分割したり、サブユニット１０を結合するス
イッチ及び、ホスト計算機３、外部ディスク装置４その
他の外部装置５を接続し、階層構造をもつＩ／Ｏスイッ
チからなる階層的スイッチ手段２で構成する。各スイッ
チはトーラス・ネットワーク１内のノードに使用してい
るスイッチと同じ構造のスイッチを流用できる。Ｉ／Ｏ
スイッチが階層的に接続されているので、上位のＩ／Ｏ
スイッチに接続されているホスト計算機３をホストとす
れば下位にある複数のサブユニット１０を利用すること
ができ、また、サブユニット１０ごとにホスト計算機３
とのインタフェースを用意しているので、複数のユーザ
が同時に一つの並列計算機を利用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、並列計算機における再
構成可能なトーラス・ネットワーク方式に係り、更に詳
しくは、ネットワークが分割された際、ホスト計算機や
外部のディスク装置等との入出力を柔軟に行なうことを
可能とする再構成可能なトーラス・ネットワーク方式お
よびＩ／Ｏ方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】並列計算機の構成方法としてトーラス・
ネットワークがある。低次元（２次元あるいは３次元）
のトーラス・ネットワークは、ハードウエア・コストを
一定とした場合に，ｋ−ａｒｙ ｎ−ｃｕｂｅのネット
ワークのなかで遅れが少なく、高いスループットが得ら
れる並列計算機構成として知られている。

【０００３】一方、並列計算機では、複数のプロセサを
いくつかのプロセサ群に分割し、複数ユーザで利用でき
ることが望ましい。トーラス・ネットワークの並列計算
機を分割して複数のシステムとして利用する方法とし
て、スイッチを設け、これを切り換えてシステムを再構
成可能にする方式を出願中である（88810-92W1、再構成
可能なトーラス・ネットワーク方式）。この方式は、メ
ッシュの端と端が接続されているトーラス結合ネットワ
ークにおいて、同じ位相のサブ・ネットワークを長いリ
ターン・パスを分散した構造で再構成可能とし、複数の
ユーザによる並列計算機の利用を可能とするとともに、
グローバル演算や放送処理を高速に行なえるようにした
ものである。

【０００４】図６は、出願中の再構成可能なトーラス・
ネットワーク方式による並列計算機の構成例である。４
×４個のプロセサ・エレメント群をサブユニットとし、
該サブユニット１６個からなる１６×１６のトーラス・
ネットワークである。このトーラス・ネットワークは、
サブユニット間に設けたスイッチを切り換えることで、
サブユニットを複数個繋げたり、繋げたユニットを分割
したりすることができる。同図中のスイッチは全て折り
返す状態（ＴＵＲＮ）になっており、１６×１６個のプ
ロセサ・エレメントは４×４のサブユニットに分割され
ている。一方、スイッチを通す状態（ＴＨＲＵ）にする
と、サブユニットを結合することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
式においては、スイッチを切り替えてネットワークを分
割した際、各分割ユニットが互いに独立してしまい、分
割ユニット間を繋ぐ通信路がなくなってしまうという問
題があった。このため、ホスト計算機や外部のディス
ク、ディスプレイ等の装置と、各分割ユニット間の入出
力インタフェースをとるハードウエアの開発が必要にな
った。しかし、分割の最小単位毎に入出力用のハードウ
エアを開発した場合、トーラス・ネットワークの分割数
（図６の場合１６個）が用意できるホスト計算機の数以
内に限定されるという問題も生じた。このように、従来
の方式では、トーラス・ネットワークとホスト計算機や
外部装置間の入出力インタフェースの実現手法が課題に
なっていた。

【０００６】本発明は、トーラス・ネットワークを持つ
並列計算機において、一つのシステムを、同じトーラス
・ネットワークのトポロジを持つ複数のサブシステムに
分割するスイッチや、分割された各トーラス・ネットワ
ークとホスト計算機間、あるいは各トーラス・ネットワ
ークと外部記憶装置等の外部装置間の入出力インタフェ
ースを、新たなハードウエアを開発することなく実現す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１図は、本発明のブロ
ック図である。本発明は、トーラス・ネットワーク１で
接続された並列計算機を前提とする。トーラス・ネット
ワーク１は同一のトーラス・トポロジの複数のサブユニ
ット１０に分割できる。

【０００８】まず、スイッチ手段２を有する。スイッチ
手段２はトーラス・ネットワーク１をサブユニット１０
に分割するスイッチを利用してホスト計算機３や外部デ
ィスク装置４、その他の外部装置５との入出力を行う。
すなわち、サブユニット１０の分割に使用するスイッチ
の入出力端子のうちの余った１組の入出力端子を外部装
置とのＩ／Ｏに使用する。

【０００９】２次元のトーラス・ネットワーク１であれ
ば、例えばクロスバー・スイッチで実現される５入力５
出力のスイッチのうちの１入力１出力を外部装置とのＩ
／Ｏに使用する。また、３次元のトーラス・ネットワー
ク１であれば、例えばクロスバー・スイッチで実現され
る７入力７出力のスイッチのうちの１入力１出力を外部
装置とのＩ／Ｏに使用する。５×５のクロスバー・スイ
ッチ、あるいは７×７のクロスバー・スイッチは、それ
ぞれ、２次元あるいは３次元のトーラス・ネットワーク
１の各ノード（プロセサ・エレメント）に存在する隣接
ノード接続用のスイッチと同じものを使用することがで
きる。

【００１０】さらに、スイッチ手段２は、スイッチを階
層的に配置して構成することができる。その場合、最下
位のスイッチをサブユニット１０に接続し、サブユニッ
ト１０の分割／結合のスイッチングおよび上位のスイッ
チとの接続を行う。上位のスイッチには、さらに上位の
スイッチおよび下位のスイッチとの接続に加えて、ホス
ト計算機３や外部ディスク装置４、その他の外部装置５
などの複数の外部装置を接続する。

【００１１】最下位のスイッチおよび上位のスイッチ
は、ともに、トーラス・ネットワーク１のノード（プロ
セサ・エレメント）に存在する隣接ノード接続用のスイ
ッチ（例えばクロスバー・スイッチ）で実現する。上位
のスイッチの場合は、外部装置と下位のスイッチとの間
で双方向通信を実現するため、トーラス・ネットワーク
の隣接ノード接続用のスイッチ２個で実現する。最下位
のスイッチもトーラス・ネットワークが双方向バスを使
用している場合は双方向スイッチで構成できる。双方向
スイッチは１つのスイッチで構成できることは言うまで
もない。

【００１２】なお、上記した接続用（結合用）スイッ
チ、分割用スイッチ、双方向スイッチともに、５入力５
出力の同一のクロスバースイッチのみで構成できる。図
２は、本発明の原理説明図である。スイッチを階層的に
接続する場合の原理を説明している。

【００１３】まず、トーラス・ネットワーク１は複数の
サブユニット１０からなる。そして、各サブユニット１
０のノードとスイッチ手段１内の最下位のスイッチ（分
割用スイッチ２５）とが接続される。分割用スイッチ２
５は、二つのサブユニット１０の分割／結合、および、
上位のスイッチ（双方向スイッチ２０）との接続をスイ
ッチングする。

【００１４】分割用スイッチ２５の上位に位置するスイ
ッチ（双方向スイッチ２０）は、複数個が何段かの階層
構造をなすように接続され、さらに、任意の双方向スイ
ッチ２０にはホスト計算機３や外部ディスク装置４、あ
るいはＨＤＴＶやＶＴＲ、ＨＩＰＰＩ、Ｅｔｈｅｒｎｅ
ｔ等のその他の外部装置５が接続される。双方向スイッ
チ２０は、ホスト計算機３や外部ディスク装置４、その
他の外部装置５と下位のスイッチ（双方向スイッチ２０
あるいは分割用スイッチ２５）との間で双方向通信を行
う。

【００１５】

【作用】次に、図２の原理説明図の作用を説明する。サ
ブユニット１０内のノードにあるプロセサ・エレメント
が外部のホスト計算機３とメッセージ等をやりとりする
場合を説明する。同図のサブユニット１０−４内のプロ
セサ・エレメントとの接続を例に説明すると、まず、該
ノードが含まれるサブユニット１０−４と分割用スイッ
チ２５−４、双方向スイッチ２０−７つながるようにス
イッチをセットする。これにより、双方向スイッチ２０
−７に接続されているホスト計算機３−３とのインタフ
ェースがとれる。また、双方向スイッチ２０は階層的に
接続されているので、サブユニット１０−４内のプロセ
サ・エレメントは双方向スイッチ２０−３および双方向
スイッチ２０−１に接続されているホスト計算機３−２
および３−１とのインタフェースもとることができる。

【００１６】例えば、サブユニット１０−１〜１０−４
を異なる複数のユーザが利用しようとする場合、それぞ
れのサブユニットが分割用スイッチ２５−１〜２５−４
を介して双方向スイッチ２０−４〜２０−７と接続され
ているので、それぞれの双方向スイッチ２０−４〜２０
−７に接続されているホスト計算機を使用して並列計算
機を分割して同時に使用することができる。

【００１７】一方、上位の双方向スイッチ２０−１に接
続されているホスト計算機３−１のユーザは、双方向ス
イッチ２０−１の下位に位置する独立の複数のサブユニ
ット１０−１〜１０−４を使用することができ、また、
双方向スイッチ２０−３に接続されているホスト計算機
３−２のユーザは、双方向スイッチ２０−３の下位に位
置する独立の複数のサブユニット１０−３〜１０−４を
使用することができる。

【００１８】また、双方向スイッチ２０を階層的に接続
しているので、最下位の双方向スイッチ２０−４〜２０
−７のすべてにホスト計算機３が接続されていなくても
（すなわち、独立に分割されたサブユニット数よりも接
続されているホスト計算機の数が少なくても）、上位の
双方向スイッチ２０に接続されているホスト計算機３が
複数のサブユニットのホストになることにより、すべて
のサブユニット１０を稼働することができる。

【００１９】また、ホスト計算機３と同様に、双方向ス
イッチ２０に外部ディスク装置４やその他の外部装置５
が接続されているので、各サブユニット１０はその上位
にある外部ディスク装置４やその他の外部装置５とのイ
ンタフェースが取れ、データの交換をすることができ
る。

【００２０】

【実施例】図３は、本発明の一実施例のシステム構成図
である。同図は、例えば図７に示した１６×１６プロセ
サの２次元のトーラス・ネットワークを持つ並列計算機
の一部分と、ホスト計算機やディスク装置等の外部の装
置との間のインタフェースを示している。同図では４×
４＝１６個のノードを分割の最小単位としている。すな
わち、図中の８個の大きな正方形（201-0 〜201-7)がそ
れぞれ４×４のノード群（プロセサ・エレメント群）を
示しており、例えば図７中の１６個のプロセサ・エレメ
ント群のうちの左側の８個が図３中に示してあると考え
ればよい。

【００２１】一方、小さな正方形(210) は図７中のスイ
ッチを示しており、トーラス・ネットワークの分割再構
成を行なうときに切り替えるスイッチである。５入力５
出力のスイッチであり、例えば、５×５のクロスバー・
スイッチで実現することができる。また、図中の長方形
(211-1〜211-11) はトーラス・ネットワークとホスト計
算機や外部装置を接続するための双方向のスイッチであ
る。これも、小さな正方形のスイッチ210 と同様に５入
力５出力のスイッチであり、例えば５×５のクロスバー
・スイッチで実現することができる。これらについての
詳細は後で説明する。

【００２２】図中に示したプロセサ・エレメント群(201
-0〜201-7)とホスト計算機(220-1〜221-3)や外部装置、
例えばディスク装置(250-1〜250-3)、ＨＤＴＶ(230-1〜
230-3:high definitive television) 、ＨＩＰＰＩ(240
-1〜240-3)を接続する方法を説明する。前述の長方形の
双方向スイッチ211 を使って階層的に接続する点が本発
明の一つの特徴である。双方向スイッチ211 の５つの入
力端子のうちの４つと、１つの出力端子を利用して４分
木を構成して階層的な接続を行なう。ホスト計算機や外
部装置は余った出力端子のどこにでも接続することがで
きる。

【００２３】まず、同図では、ホスト計算機220-1 、Ｈ
ＤＴＶ230-1 、ＨＩＰＰＩ240-1 、ディスク装置250-1
が双方向スイッチ211-1 の出力端子に接続され、該双方
向スイッチ211-1 の４つの入力端子が他の双方向スイッ
チ(211-2、211-7 、・・) の一出力端子に接続されてい
る。双方向スイッチ211-2 の他の４つの出力端子には、
別のホスト計算機220-2 やＨＤＴＶ230-2 、ＨＩＰＰＩ
240-2 、ディスク装置250-2 が接続されている。

【００２４】一方、先の双方向スイッチ211-2 の４つの
入力端子は、それぞれ他の双方向スイッチ(211-3〜211-
6 ) の一出力端子に、先の双方向スイッチ211-7 の入力
端子は、それぞれ他の双方向スイッチ(211-8〜211-11)
の一出力端子に接続されている。そして、該双方向スイ
ッチ211-6 の他の４つの出力端子にはまた別のホスト計
算機220-3 やＨＤＴＶ230-3 、ＨＩＰＰＩ240-3 、ディ
スク装置250-3 が接続されている。同図では、先の双方
向スイッチ211-1 、211-2 、211-6 以外の双方向スイッ
チの残りの４出力端子には何も接続されていないが、こ
こに他のホスト計算機や外部装置を接続することも可能
である。最後に、双方向スイッチ(211-3〜211-11) の４
つの入力端子がそれぞれ、トーラス・ネットワークの分
割再構成用のスイッチ210 の５つの出力端子のうちの一
つに接続されている。

【００２５】以上のように、複数の双方向スイッチを使
って階層的にホスト計算機や外部装置を接続することに
より、並列計算機の各プロセサ・エレメント群とホスト
計算機や外部装置とを柔軟に切り替えて接続することが
できる。

【００２６】すなわち、プロセサ・エレメント群201-3
内のプロセサが外部のディスク装置250-3 とデータの読
み書きを行なう場合には、該プロセサをトーラス・ネッ
トワーク分割再構成用の４つのスイッチ210 のいずれか
を介して双方向スイッチ211-6と接続し、これによりデ
ィスク250-3 とデータの交換を行なうことが可能であ
る。また、プロセサ・エレメント群201-3 内のプロセサ
がホスト計算機220-1 と通信を行なう場合には、該プロ
セサをトーラス・ネットワーク分割再構成用の４つのス
イッチ210 のいずれかを介して双方向スイッチ211-6 と
接続し、さらに、双方向スイッチ211-2 および双方向ス
イッチ211-1 を介してホスト計算機220-1と接続すれば
よい。

【００２７】ホスト計算機や他の外部装置は、各プロセ
サ・エレメント群ごとに繋ぐこともできるし、４つのプ
ロセサ・エレメント群に一つ、あるいは、１６個のプロ
セサ・エレメント群に一つなど、階層的な接続すること
で自由に変更することができる。ちなみに、ホスト計算
機220-1 とＨＤＴＶ230-1 、ＨＩＰＰＩ240-1 、ディス
ク装置250-1 は１６個のプロセサ・エレメント群（201-
0 〜201-15) に、ホスト計算機220-2 とＨＤＴＶ230-2
、ＨＩＰＰＩ240-2 、ディスク装置250-2 は４個のプ
ロセサ・エレメント群(201-0〜201-3)に、ホスト計算機
220-3 とＨＤＴＶ230-3 、ＨＩＰＰＩ240-3 、ディスク
装置250-3 は１個のプロセサ・エレメント群201-3 に接
続されている。

【００２８】次に、各スイッチ（図３中の小さな正方形
および長方形のスイッチ）の詳細について説明する。こ
れらのスイッチは、新たにハードウエアを開発するので
はなく、プロセサ・エレメント群内の各ノードで使用さ
れているものと同じスイッチを流用するところが本発明
のもう一つの特徴である。

【００２９】まず、プロセサ・エレメント群内の各ノー
ドで使用されているスイッチについて少し説明する。図
４はプロセサ・エレメント群内のスイッチの説明図であ
る。同図（ａ）にプロセサ・エレメントの構成を示す。

【００３０】図７に示したように、トーラス・ネットワ
ーク内のサブユニットは、例えば４×４個のノードを格
子状に接続した構成をとり、各格子点をノードとし、プ
ロセサ・エレメントが設けられている。図４（ａ）は４
個の格子点を示している。そして、各格子点にスイッチ
(300-1、300-2 、300-3 、300-4)が設けられ、各スイッ
チにプロセサ・エレメントＰＥ（それぞれ310-1 、310-
2 、310-3 、310-4)が接続されている。各プロセサ・エ
レメントは例えばＣＰＵとメモリ等で構成される。

【００３１】格子点のスイッチは４方向（東西南北）の
４個の隣合うノードのスイッチと、自格子点のプロセサ
・エレメントが接続されスイッチングを行なう。同図
（ｂ）はスイッチの機能である。すなわち、スイッチへ
の入力としてはプロセサ・エレメントからの入力（Ｉ
Ｎ）、および、４方向（東西南北）のノードからの入力
があり、スイッチからはプロセサ・エレメントへの出力
（ＯＵＴ）、および、４方向（東西南北）のノードへの
出力がある。これにより、スイッチは５入力５出力のス
イッチで接続できる。

【００３２】同図（ｃ）はスイッチの実現例である。ス
イッチは５×５のクロスバー・スイッチで実現できる。
これにより、プロセサ・エレメントからの入力データ
（ＩＮ）を南のノードへ、東のノードからのデータをプ
ロセサ・エレメントへ（ＯＵＴ）、また、南のノードか
らのデータを北のノードへといったようにスイッチング
することができる。

【００３３】図４は２次元のトーラス・ネットワークの
各ノードのスイッチを示したが、３次元のトーラス・ネ
ットワークの場合には、東西南北および上下とプロセサ
・エレメントの合計７入力７出力のクロスバー・スイッ
チによって各ノードのスイッチを２次元の場合と同様に
実現している。

【００３４】次に、トーラス・ネットワークの分割再構
成用のスイッチ（図３の小さな正方形のスイッチ210 ）
の構成を説明する。図５は分割再構成用のスイッチの構
成の説明図である。４×４個のプロセサ・エレメント群
をサブユニットとする２次元のトーラス・ネットワーク
の場合を例に説明する。同図（ａ）は一サブユニットを
示しており、図３に示した４×４のプロセサ・エレメン
ト群201 がノード０〜１５に対応し、周りの小さな正方
形のスイッチ210 は分割再構成用のスイッチ400 に対応
する。分割再構成用のスイッチ400 はサブユニットの周
りに配置され、トーラス・ネットワーク全体として見る
と図７に示したように複数のサブユニットの間に置かれ
る。すなわち、分割再構成用スイッチ400-1 〜400-4 は
図中の16個のノードからなるサブユニットと、左側の他
のサブユニットの間に位置し、分割再構成用スイッチ40
0-5 〜400-8 は上側のサブユニットとの間、分割再構成
用スイッチ400-9 〜400-12は右側のサブユニットとの
間、分割再構成用スイッチ400-13〜400-16は下側のサブ
ユニットとの間に位置していると考えることができる。

【００３５】４×４個の各ノード（０〜１５）は、図４
に示したような５×５のクロスバー・スイッチとプロセ
サ・エレメントからなる。一方、分割再構成用のスイッ
チ400 も各ノードのスイッチと同様の５×５のクロスバ
ー・スイッチで実現できる。分割再構成用スイッチ400-
1 は５×５のクロスバー・スイッチの接続方法を示して
いる。接続方法の詳細については後で説明する。他の分
割再構成用スイッチ（400-2 〜400-16) も同様に接続す
ることが可能である。

【００３６】同図（ｂ）は、クロスバー・スイッチの表
記方法を示している。５×５のクロスバー・スイッチは
５入力（Input)と５出力（Output) を持ち、該入出力線
が２５個の格子点をもつ格子状のスイッチを構成してい
る。格子点に黒丸（●）をしたところがスイッチのオン
状態になり、他の部分はオフ状態である。同図では入力
１と２がそれぞれ出力２と１に、入力３と４がそれぞれ
出力４と３に接続されている。この状態は同図中右側の
スイッチ表記（ＴＵＲＮ）の結線を示しており、サブユ
ニット間は分割される。一方、入力１と４をそれぞれ出
力４と１に、また、入力２と３をそれぞれ出力３と２に
接続するように格子点のスイッチをオン状態にすると、
図７に示したＴＨＲＵスイッチの結線となり、隣のサブ
ユニットと結合されることになる。

【００３７】以上のように、隣のサブユニットとの結合
あるいは分割をクロスバー・スイッチで実現する場合に
は４入力４出力が必要である。これにより、プロセサ・
エレメント群内のスイッチに使用している５×５のクロ
スバー・スイッチを用いると１入力１出力が余ることに
なる。

【００３８】同図（ａ）の分割再構成用スイッチ400-1
で説明すると、スイッチ400-1 の入力４と出力４はノー
ド０の出力２と入力２に、スイッチ400-1 の入力３と出
力３はサブユニット内のリターン・パスを形成するため
に分割再構成用スイッチ400-9 の出力１と入力１に、ス
イッチ400-1 の入力２と出力２は左隣りのプロセサ・エ
レメント群のノード３の出力４と入力４に、スイッチ40
0-1 の入力１と出力１は左隣りのプロセサ・エレメント
群のリターン・パスを形成するために左隣りのプロセサ
・エレメント群の分割再構成用スイッチの出力３と入力
３に接続されている。

【００３９】これにより、分割再構成用スイッチ400-1
の４入力４出力が結線され、残りの余った入力出力端子
０をＩ／Ｏ用に使う。すなわち、入力０および出力０は
ホスト計算機や外部装置と接続するための双方向スイッ
チ211 に接続される。

【００４０】今、同図中では、分割再構成用スイッチ40
0-1 は入力１出力２の格子点、入力２出力１の格子点、
入力３出力４の格子点、入力４出力３の格子点がオン状
態にあり、ＴＵＲＮスイッチを構成し、サブユニットが
分割された状態になっている。そして、ホスト計算機あ
るいは外部装置からの入力データを該サブユニットのノ
ード０〜３が受け取る場合には、入力０の、出力３ある
いは出力４の格子点を１ン状態にすればよい。また、ノ
ード０〜３からのデータをホスト計算機あるいは外部装
置に出力する場合には、出力０の、入力３あるいは入力
４の格子点をオン状態にすればよい。

【００４１】図６は双方向スイッチ211 の構成、およ
び、双方向スイッチ211 と分割再構成用スイッチ400 の
接続方法の説明図である。図３中のプロセサ・エレメン
ト群201-0 とその周りの分割再構成用スイッチ210 、双
方向スイッチ211-2 およびその上位の双方向スイッチ21
1-1 の部分を例として拡大し、双方向スイッチの構成お
よび結線方法を説明するものである。

【００４２】双方向スイッチ211 は５×５のクロスバー
・スイッチ２個（ａとｂ）で構成できる。各クロスバー
・スイッチａとｂは、例えば動的モード（後述）で動作
する。ホスト計算機220 あるいは外部装置(230〜250)と
分割再構成用スイッチ210 をつなぎ、メッセージやデー
タを双方向にやりとりするために２個のクロスバー・ス
イッチが必要である。各クロスバー・スイッチはプロセ
サ・エレメント群201内のスイッチおよび分割再構成用
スイッチ210 と同じものである。

【００４３】クロスバー・スイッチａの入力０とクロス
バー・スイッチｂの出力０は上位の双方向スイッチ211-
1 と接続され、クロスバー・スイッチａの入力１〜４お
よびクロスバー・スイッチｂの出力１〜４がそれぞれホ
スト計算機220-2 、その他の外部装置(230〜250)と接続
されている。一方、クロスバー・スイッチａの出力１〜
４およびクロスバー・スイッチｂの入力１〜４はプロセ
サ・エレメント群201-1 の周りの分割再構成用スイッチ
210 にそれぞれ接続されている。分割再構成用スイッチ
210 は、例えば動的モード（後述）で動作する。これに
より、プロセサ・エレメント群201-0 とホスト計算機22
0 や他の外部装置(230〜250)との間の双方向通信が可能
になる。

【００４４】静的モードはマルチユーザ環境を実現する
簡単でかつ有効な方法である。静的モードでは各スイッ
チの状態は固定されている。例えば、システム構成の変
更は管理者によって行われ、ユーザはそのシステム構成
で計算機を利用する。具体的には、ある時間は64×64の
２次元トーラスとして全システムが１人のユーザによっ
て利用され、またある時間では４つの16×16の２次元ト
ーラスとして分割再構成され、４人のユーザに利用され
る。静的モードでの分割再構成は全スイッチの状態を希
望するシステム構成にセットすることで実現される。

【００４５】静的モードでの問題点は、分割された部分
どうしではメッセージのやりとりができないことであ
る。そのため、分割された各パーティションごとにホス
ト（外部）とのインターフェースを持たなければならな
い。

【００４６】動的モードでは、各スイッチはそれぞれの
スイッチを通過するメッセージによって状態をダイナミ
ックに変化させる。すなわち、動的モードではメッセー
ジヘッダに含まれる宛先ノードの情報を元にして、スイ
ッチを切替える。この時、宛先ノードには物理的ノード
ＩＤを用いる。メッセージがスイッチに到着した時、ス
イッチの状態は３つの情報、宛先ノードＩＤnid 、両隣
の物理ノードＩＤi,jから決定される。

【００４７】このように動的モードでは、各スイッチは
ヘッダ情報を解析してスイッチの状態を変化させ、ルー
ティングを行う。また、クロスバー・スイッチａの出力
１〜４およびクロスバー・スイッチｂの入力１〜４を分
割再構成用スイッチ210 に接続する代わりに双方向スイ
ッチ211に接続すれば、さらに階層的な接続が可能にな
る。

【００４８】また、以上の説明では２次元のトーラス・
ネットワークで説明したが、３次元のトーラス・ネット
ワークの場合も同様である。３次元の場合、プロセサ・
エレメント群内の各ノードのスイッチとして７×７のク
ロスバー・スイッチが使われている。そして、このクロ
スバー・スイッチを分割再構成用のスイッチとして使用
する場合には７入力７出力のうちの６入力６出力を分割
再構成に使用し、残りの１入力１出力を外部装置とのＩ
／Ｏに利用ればよい。また、このクロスバー・スイッチ
は階層的に外部装置を接続するための双方向スイッチに
も同様に使用することができる。

【００４９】以上のように、プロセサ・エレメント群内
の各ノードで使用しているメッセージ通信のためのスイ
ッチを、分割再構成のためのスイッチ、および、４分木
を構成し階層的に外部装置との接続を行なう双方向スイ
ッチに流用し、新たなハードウエアの開発をすることな
く並列計算機システムを構成することが可能である。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、トーラス・ネットワー
クを持つ並列計算機において、各ノードで使用している
スイッチと同様のスイッチを分割再構成用のスイッチと
して使用することにより、同じトーラスのトポロジを持
つ複数のサブシステムに分割することが可能になる。ま
た、分割再構成用のスイッチのなかの分割再構成に使用
しない入出力端子を外部装置との接続に使用すること
で、分割したサブシステムと外部装置とを接続し、デー
タ等のやりとりを行なうことが可能になる。さらに、各
ノードで使用しているスイッチと同様のスイッチ２個で
構成し、ホスト計算機等の外部装置を接続した双方向の
スイッチを階層的につなげ、最下位の双方向スイッチに
分割再構成用スイッチを接続することにより、各サブシ
ステムと、それぞれのサブシステムの上位階層に接続さ
れた双方向スイッチの外部装置との間でデータ等の入出
力が可能になる。さらに、本発明のスイッチを階層的に
接続し、階層の上位にホスト計算機を接続することによ
り、小数のホスト計算機で多数のサブシステムを制御す
ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のブロック図である。

【図２】本発明の原理説明図である。

【図３】一実施例のシステム構成図である。

【図４】プロセサ・エレメント群内のスイッチの説明図
である。

【図５】分割再構成用のスイッチの構成図である。

【図６】双方向スイッチの構成および結線説明図であ
る。

【図７】１６個の４×４サブユニットに分割された再構
成可能な１６×１６トーラス・ネットワークである。

【符号の説明】

１ トーラス・ネットワーク ２ 階層的スイッチ手段 ３ ホスト計算機 ４ 外部ディスク装置 ５ その他の外部装置 １０ サブユニット

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ複数のプロセッサ・エレメント
   を部分トーラス・ネットワークとして接続してなる複数
   のサブユニット（１０）と、 前記サブユニット（１０）への分割あるいは前記サブユ
   ニットの結合を行う第１の入出力端子と前記サブユニッ
   ト（１０）内のプロセサ・エレメントと外部の装置との
   間の入出力を行う第２の入出力端子とを有するスイッチ
   手段（２）から構成することを特徴とする再構成可能な
   トーラス・ネットワーク方式。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のスイッチ手段（２）
   は、サブユニット（１０）の分割／結合に対しても外部
   装置との入出力に対しても同一の構成のものを使用する
   ことを特徴とする再構成可能なトーラス・ネットワーク
   方式。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のスイッチ手段（２）
   は、サブユニット（１０）内のプロセサ・エレメントと
   複数のホスト計算機（３）とを結ぶことを特徴とする再
   構成可能なトーラス・ネットワーク方式。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のスイッチ手段（２）
   は、分割されたサブユニット（１０）毎にホスト計算機
   （３）とのインタフェースを構成し、複数のユーザが同
   時に一つの並列計算機を利用することを特徴とする再構
   成可能なトーラス・ネットワーク方式。
5. 【請求項５】 請求項１に記載のスイッチ手段（２）
   は、１つのホスト計算機（３）を有するユーザが同時に
   前記スイッチ手段（２）を介して独立な複数のサブユニ
   ット（１０）を利用することを特徴とする再構成可能な
   トーラス・ネットワーク方式。
6. 【請求項６】 請求項１に記載のスイッチ手段（２）
   は、サブユニット１０内のプロセサ・エレメントと複数
   の外部ディスク装置（４）とを結ぶことを特徴とする再
   構成可能なトーラス・ネットワーク方式。
7. 【請求項７】 請求項１に記載のスイッチ手段（２）
   は、サブユニット（１０）内のプロセサ・エレメント
   と、ＨＤＴＶ（Ｈｉｇｈ ＤｅｆｉｎｉｔｉｖｅＴｅｌ
   ｅＶｉｓｉｏｎ）やＶＴＲ（Ｖｉｄｅｏ Ｔａｐｅ Ｒ
   ｅｃｏｄｅｒ）、ＨＩＰＰＩ、またはＥｔｈｅｒｎｅｔ
   等の外部装置５とを結ぶことを特徴とする再構成可能な
   トーラス・ネットワーク方式。
8. 【請求項８】 請求項１に記載のスイッチ手段（２）
   は、複数のスイッチを階層的に配置し、サブユニット
   （１０）内のプロセサ・エレメントと、ホスト計算機
   （３）や外部ディスク装置（４）、その他の外部装置
   （５）などの複数の装置との間を結ぶことを特徴とする
   再構成可能なトーラス・ネットワーク方式。
9. 【請求項９】 請求項８に記載のスイッチ手段（２）
   は、階層的に配置したスイッチのうちの最下位のスイッ
   チをサブユニット（１０）の分割／結合用のスイッチと
   し、該サブユニット（１０）の分割／結合をスイッチン
   グするとともに、上位のスイッチとの接続を行うことを
   特徴とする再構成可能なトーラス・ネットワーク方式。
10. 【請求項１０】 請求項８に記載のスイッチ手段（２）
    は、階層的に配置したスイッチのうちの最下位のスイッ
    チを除くスイッチを、上位のスイッチとの接続およびホ
    スト計算機（３）や外部ディスク装置（４）、その他の
    外部装置（５）等の装置との接続のスイッチングに使用
    することを特徴とする再構成可能なトーラス・ネットワ
    ーク方式。
11. 【請求項１１】 請求項８に記載のスイッチ手段（２）
    は、階層的に配置した全スイッチを、該トーラス・ネッ
    トワーク（１）内の各ノード（プロセサ・エレメント）
    が有するノード間を接続するためのスイッチと同一のス
    イッチを利用して実現することを特徴とする再構成可能
    なトーラス・ネットワーク方式。
12. 【請求項１２】 請求項９に記載の最下位のスイッチ
    は、１次元のトーラス・ネットワーク（１）の場合、５
    入力５出力のスイッチで実現し、そのうちの１入力１出
    力を上位のスイッチとの接続に使用することを特徴とす
    る再構成可能なトーラス・ネットワーク方式。
13. 【請求項１３】 請求項９に記載の上位のスイッチは、
    １次元のトーラス・ネットワーク（１）の場合、トーラ
    ス・ネットワーク（１）中のノードのスイッチと同様の
    ３入力３出力のスイッチ２個で実現し、接続された装置
    との間で双方向のやりとりを行うことを特徴とする再構
    成可能なトーラス・ネットワーク方式。
14. 【請求項１４】 請求項９に記載の最下位のスイッチ
    は、２次元のトーラス・ネットワーク（１）の場合、ト
    ーラス・ネットワーク（１）中のノードのスイッチと同
    様の５入力５出力のクロスバー・スイッチで実現し、そ
    のうちの１入力１出力を上位のスイッチとの接続に使用
    することを特徴とする再構成可能なトーラス・ネットワ
    ーク方式。
15. 【請求項１５】 請求項１４に記載の上位のスイッチ
    は、２次元のトーラス・ネットワーク（１）の場合、ト
    ーラス・ネットワーク（１）中のノードのスイッチと同
    様の５入力５出力のクロスバー・スイッチ２個で実現す
    ることを特徴とする再構成可能なトーラス・ネットワー
    ク方式。
16. 【請求項１６】 請求項１０に記載の最下位のスイッチ
    は、３次元のトーラス・ネットワーク（１）の場合、７
    入力７出力のクロスバー・スイッチで実現し、そのうち
    の１入力１出力を上位のスイッチとの接続に使用するこ
    とを特徴とする再構成可能なトーラス・ネットワーク方
    式。
17. 【請求項１７】 それぞれ複数のプロセッサ・エレメン
    トを部分並列計算機ネットワークとして接続してなる複
    数のサブユニット（１０）と、前記サブユニット（１
    ０）への分割あるいは前記サブユニットの結合を行う第
    １の入出力端子と前記サブユニット（１０）内のプロセ
    サ・エレメントと外部の装置との間の入出力を行う第２
    の入出力端子とを有するスイッチ手段（２）から構成す
    ることを特徴とする再構成可能な並列計算機ネットワー
    ク方式。
18. 【請求項１８】 請求項１７記載のスイッチ手段は、ｎ
    次元の並列計算機ネットワークの場合、２ｎ＋１入力２
    ｎ＋１出力のクロスバー・スイッチで実現し、そのうち
    の１入力１出力をＩ／Ｏ端子として使用することを特徴
    とする再構成可能な並列計算機ネットワーク方式。