IEEE Standard for Scalable Coherent Interface (SCI) pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Inst of Elect & Electronic

作者:Not Available (NA)

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:

價格:183

裝幀:Pap

isbn號碼:9781559372220

叢書系列:

圖書標籤:

• IEEE SCI
• Scalable Coherent Interface
• Computer Architecture
• Interconnect
• Parallel Processing
• High-Performance Computing
• Digital Design
• Hardware
• Communication Protocols
• Bus Systems

深入解析現代計算架構的基石：並行處理與互連技術 圖書名稱：高性能計算互連網絡：從架構設計到實際部署 圖書簡介： 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的視角，剖析現代高性能計算（HPC）集群和數據中心內部，支撐大規模並行處理任務的關鍵技術——高速、低延遲、高帶寬的互連網絡。在計算能力飛速發展的今天，僅僅依賴於處理器核心的性能提升已無法滿足需求，係統級的通信效率成為製約整體性能的瓶頸。本書聚焦於解決這一核心挑戰，通過係統化的講解，闡述從理論基礎到前沿應用的完整技術棧。 第一部分：並行計算的通信基礎與挑戰 本部分奠定瞭理解現代互連網絡的基礎。我們首先迴顧瞭並行計算模型的發展曆程，從共享內存（Shared Memory）到分布式內存（Distributed Memory）的範式轉變，並深入分析瞭每種模型在通信需求上的根本差異。隨後，詳細探討瞭限製係統擴展性的主要瓶頸，包括網絡拓撲結構（Topology）的選擇與影響，以及通信延遲（Latency）和帶寬（Bandwidth）的量化分析。 我們引入瞭衡量網絡效率的關鍵指標，如端到端延遲、消息聚閤效率，並討論瞭諸如死鎖（Deadlock）、活鎖（Livelock）等經典互連問題在現代網絡設計中的演變與規避策略。特彆地，本部分將詳細分析網絡拓撲的幾何特性，例如環形（Ring）、網格（Mesh）、環麵（Torus）以及多維超立方體（Hypercube）的構造原理、路由算法的復雜性及其對可擴展性的影響。 第二部分：網絡接口與數據傳輸協議 構建高效互連網絡的核心在於如何有效地在計算節點和網絡之間進行數據交換。本部分將深入剖析網絡接口卡（NIC）的設計原理和演進。我們詳細介紹瞭遠程直接內存訪問（RDMA）技術，它是實現低延遲通信的關鍵。讀者將學習RDMA的工作機製，包括基於內核（Kernel-Bypass）和用戶空間（User-Space）的實現方式，以及它們如何顯著減少瞭CPU乾預，從而釋放計算資源。 協議層麵，本書將聚焦於當前主流的傳輸層技術，如傳輸控製協議（TCP）在HPC環境中的局限性，並詳細對比瞭可靠性傳輸協議（Reliable Transport）和不可靠數據報協議（Unreliable Datagram）在不同應用場景下的適用性。此外，我們會對消息傳遞接口（MPI）這一標準化的並行編程模型進行係統性梳理，探討其底層如何映射到不同的硬件互連技術上，以及現代MPI庫（如Open MPI, MPICH）如何針對特定網絡進行優化。 第三部分：路由、流控與擁塞管理 在多節點大規模集群中，如何確保數據包高效、無衝突地到達目的地是網絡層的主要挑戰。本部分緻力於深入研究路由算法（Routing Algorithms）。我們將區分確定性路由（Deterministic Routing）和自適應路由（Adaptive Routing）的優劣。對於自適應路由，我們將詳細剖析基於維度的路由（Dimension-Order Routing）、分散路由（Disjoint Paths Routing）以及利用拓撲信息進行優化的動態選擇機製。 流控製（Flow Control）是保證網絡不被溢齣的關鍵機製。本書詳細分析瞭基於信用（Credit-based）和基於速率（Rate-based）的流控模型，並探討瞭它們在不同層次（如鏈路層、傳輸層）的應用。擁塞管理（Congestion Management）是現代高密度網絡中不可避免的問題。我們將探討如何識彆、預測和緩解網絡擁塞，包括顯式擁塞通知（ECN）機製的引入，以及更高級的基於反饋的擁塞控製策略，這些策略對於確保長時間運行任務的性能穩定性至關重要。 第四部分：前沿互連技術與異構計算集成 隨著AI和機器學習工作負載的興起，傳統的CPU-centric互連架構正麵臨新的挑戰，尤其是對GPU-GPU通信和異構加速器集成的需求。本部分將聚焦於新興的高速互連技術。 我們詳盡分析瞭高速串行和並行物理層技術，包括光互連的潛力和挑戰，以及高密度SerDes（Serializer/Deserializer）的設計考量。重點討論CXL（Compute Express Link）等下一代內存語義互連技術，它們如何打破傳統總綫的限製，實現處理器與加速器之間更一緻、更低延遲的內存訪問。 此外，本書還將專門探討特定應用加速器（如FPGA、ASIC）與網絡 fabric 的集成方法，包括如何設計專用的片上網絡（NoC）來承載特定的計算模式（如All-Reduce, All-to-All）。通過對這些前沿技術的分析，讀者將能夠理解如何為未來的超大規模異構計算係統構建麵嚮未來的通信骨乾網。 第五部分：實際部署、性能分析與故障診斷 理論知識必須通過實踐來驗證。本部分將指導讀者如何將所學的知識應用於實際的集群部署中。內容涵蓋網絡拓撲的選擇與物理布局，操作係統的網絡棧調優，以及驅動程序的優化策略。 在性能分析方麵，我們將介紹一係列先進的工具和方法論，用以精確地測量和歸因通信延遲。這包括硬件性能計數器（Hardware Performance Counters）的使用、網絡流量分析工具的原理，以及如何使用微基準測試（Micro-benchmarks）來隔離不同通信原語的性能瓶頸。最後，我們提供瞭針對復雜網絡故障的係統化診斷流程，包括如何識彆硬件損壞、路由錯誤和軟件配置衝突，確保集群的高可用性和持續高性能運行。 目標讀者： 本書適閤於計算機體係結構研究人員、高性能計算係統工程師、網絡架構師，以及所有希望深入理解和優化大規模並行係統中通信性能的軟件開發者和係統管理員。閱讀本書需要具備一定的計算機網絡和操作係統基礎知識。通過係統學習，讀者將能夠設計、部署和維護下一代超越當前技術限製的計算互連係統。

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