VCSN: Virtual Circuit-Switching Network for Flexible and Simple-to-Operate Communication in HPC FPGA Cluster
VCSN: Virtual Circuit-Switching Network for Flexible and Simple-to-Operate Communication in HPC FPGA Cluster
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VCSN：虚拟电路交换网络，可在 HPC FPGA 集群中实现灵活且易于操作的通信
DOI：
10.1145/3579848
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发表时间：
2023
影响因子：
2.3
通讯作者：
Sano Kentaro
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ueno Tomohiro;Sano Kentaro
FPGA集群由于其灵活性和高功率效率，有望在不久的将来在高性能计算（HPC）系统中发挥关键作用。多用户运行不同应用的大规模通用FPGA集群的运行需要灵活的网络拓扑结构进行划分和重新配置。本文提出了虚拟电路交换网络（VCSN），它提供了一个任意可重构的网络拓扑结构和FPGA节点之间的简单操作的网络系统。通过虚拟化，FPGA上的用户逻辑可以像电路交换网络一样相互通信。本文证明了VCSN与100 Gbps以太网实现了高效的点到点FPGA之间的通信，由于其独特的和高效的通信协议。我们将VCSN与直接连接FPGA的直接连接网络（DCN）进行了比较。最后给出了在FPGA集群上用VCSN实现集群通信的具体过程。我们证明了VCSN提供的灵活的虚拟拓扑结构可以加速集体通信与简单的操作。此外，基于实验结果，我们在一个大型的FPGA集群的DCN和VCSN的通信性能进行建模和估计。结果表明，VCSN具有潜在的加速收集通信高达约1.97倍以上的DCN。
FPGA clusters promise to play a critical role inhigh-performance computing (HPC)systems in the near future due to their flexibility and high power efficiency. The operation of large-scale general-purpose FPGA clusters on which multiple users run diverse applications requires flexible network topology to be divided and reconfigured. This paper proposesVirtual Circuit-Switching Network (VCSN)that provides an arbitrarily reconfigurable network topology and simple-to-operate network system among FPGA nodes. With virtualization, user logic on FPGAs can communicate with each other as if a circuit-switching network was available. This paper demonstrates that VCSN with 100 Gbps Ethernet achieves highly-efficient point-to-point communication among FPGAs due to its unique and efficient communication protocol. We compare VCSN with adirect connection network (DCN)that connects FPGAs directly. We also show a concrete procedure to realize collective communication on an FPGA cluster with VCSN. We demonstrate that the flexible virtual topology provided by VCSN can accelerate collective communication with simple operations. Furthermore, based on experimental results, we model and estimate communication performance by DCN and VCSN in a large FPGA cluster. The result shows that VCSN has the potential to accelerate gather communication up to about 1.97 times more than DCN.
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DOI：
10.1145/2678373.2665678
发表时间：
2014-10
期刊：
2014 ACM/IEEE 41st International Symposium on Computer Architecture (ISCA)
影响因子：
--
作者：
Andrew Putnam;Adrian M. Caulfield;Eric S. Chung;Derek Chiou;Kypros Constantinides;J. Demme;H. Esmaeilzadeh;J. Fowers;Gopi Prashanth Gopal;J. Gray;M. Haselman;S. Hauck;Stephen Heil;Amir Hormati;Joo-Young Kim;S. Lanka;J. Larus;Eric Peterson;Simon Pope;Aaron Smith;J. Thong;Phillip Yi Xiao;D. Burger
通讯作者：
Andrew Putnam;Adrian M. Caulfield;Eric S. Chung;Derek Chiou;Kypros Constantinides;J. Demme;H. Esmaeilzadeh;J. Fowers;Gopi Prashanth Gopal;J. Gray;M. Haselman;S. Hauck;Stephen Heil;Amir Hormati;Joo-Young Kim;S. Lanka;J. Larus;Eric Peterson;Simon Pope;Aaron Smith;J. Thong;Phillip Yi Xiao;D. Burger
MPI_Barrier 在 FPGA 集群上的硬件实现
DOI：
10.1109/fpl.2009.5272560
发表时间：
2009
期刊：
2009 International Conference on Field Programmable Logic and Applications
影响因子：
--
作者：
Shanyuan Gao;A. Schmidt;R. Sass
通讯作者：
R. Sass
具有灵活拓扑的虚拟电路交换网络，适用于高性能 FPGA 集群
DOI：
--
发表时间：
2021
期刊：
Proceedings of the 32nd International Conference on Application-specific Systems, Architectures and Processors (ASAP)
影响因子：
--
作者：
Tomohiro Ueno;Atsushi Koshiba;Kentaro Sano
通讯作者：
Kentaro Sano
FPGA 云上的 HPC：3D FFT 及其对分子动力学的影响
DOI：
--
发表时间：
2017
期刊：
International Conference on Field-Programmable Logic and Applications
影响因子：
--
作者：
Jiayi Sheng;Chen Yang;A. Sanaullah;Michael Papamichael;Adrian M. Caulfield;M. Herbordt
通讯作者：
M. Herbordt
豆腐互联 D
DOI：
--
发表时间：
2018
期刊：
IEEE International Conference on Cluster Computing
影响因子：
--
作者：
Yuichiro Ajima;Takahiro Kawashima;Takayuki Okamoto;Naoyuki Shida;Kouichi Hirai;T. Shimizu;S. Hiramoto;Yoshiro Ikeda;T. Yoshikawa;Kenji Uchida;Tomohiro Inoue
通讯作者：
Tomohiro Inoue