35、互联网络：设计与性能分析

互联网络：设计与性能分析

在计算机系统的构建中，互联网络扮演着至关重要的角色。它是连接各个组件、实现信息高效传输的桥梁，对于高性能并行计算机的设计而言，更是消除串行瓶颈、充分发挥并行计算潜力的关键因素。

1. 互联网络的重要性

在高性能并行计算机的设计中，消除串行瓶颈是核心任务。指令级和线程级的并行计算要求内存系统能够通过深层次的缓存层次结构，以高速为处理器提供指令和数据。然而，即使缓存的缺失率仅为 1%，且缺失惩罚为 100 个周期，仍可能有一半的执行时间被用于将指令和数据从内存传输到处理器。因此，缩短主内存与缓存层次之间的延迟，以及确保足够的内存带宽至关重要。若内存带宽不足，内存请求之间的竞争会延长内存访问延迟，进而影响指令执行时间和吞吐量。

互联网络的主要作用是在计算机组件之间，特别是内存和处理器之间传输信息。无论是单处理器芯片上的多核处理器，还是由多个处理器芯片连接而成的大规模并行计算机，低延迟、高带宽的数据传输都是系统性能的关键。

2. 互联网络的类型

互联网络主要分为两种类型：片上网络（NoCs 或 OCNs）和系统区域网络（SANs）。片上网络用于连接单芯片内的多个处理器核心和缓存模块，而系统区域网络则用于连接多个处理器芯片或计算机板，构建大规模并行计算机。

全连接互联网络能够为片上网络提供最高的带宽，但会消耗大量的芯片资源，需要在缓存大小和处理器核心数量上做出权衡。同样，对于系统区域网络，全连接网络的成本过高，且不具备可扩展性。此外，功耗也是互联网络设计中的重要约束因素，芯片多核处理器有一定的功耗预算，这限制了互联网络的设计。

3. 互联网络的设计空间

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