49、硅光子赋能的机架级多核系统：RSON架构解析

硅光子赋能的机架级多核系统：RSON架构解析

1. 引言

科学计算、大数据处理和深度学习对计算能力的需求日益增长，推动了百亿亿次级计算系统的出现。这类系统需要连接数万个甚至更多的多核节点，这给系统的各个方面带来了巨大的性能和功耗挑战。在高性能计算系统中，模块化机架作为基本构建块，对于应对这些挑战起着重要作用。

在云计算领域，高达80%的服务器生成流量都在机架内，而且互连网络的功耗预计将相应增加，几乎占系统总功耗的四分之一。对于百亿亿次级系统，高带宽互连侧所需的能效为20 pJ/bit，传统的电气链路由于高功耗和长距离传输高数据速率的能力有限，难以满足这一要求。而光纤因其在长距离数据传输中的低损耗，被用于连接机架内和机架间的节点。光互连还能实现超高数据速率，且不会带来太多额外的能耗，能以接近光速传输数据，显著降低节点间和机架间通信的延迟，因此成为取代传统互连架构的有前途的候选方案。

然而，现有的光互连研究存在一些不足。大部分工作要么只关注片内光网络，要么只关注片间光网络，很少有详细说明如何连接这两部分以及它们如何相互交互的；对专用和高效的光数据通道分配和控制不够重视；未能充分分析和优化片间和片内的通信流和流量特性；也不清楚这些设计对大规模应用和系统性能的影响。

为了解决这些问题，我们引入了RSON（Rack-Scale Optical Network），这是一种基于硅光子的机架级多核系统的片内/片间网络。RSON通过协同设计片内和片间光网络，并开发光节点间接口，实现了对本地内存和远程节点内存的平衡数据访问，使机架内的节点能够有效协作。评估结果表明，与传统的InfiniBand连接的机架相比，RSON在相同能耗下可将整体性能提高多达5.4倍。