IEEE Standard for Scalable Coherent Interface (SCI) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Inst of Elect & Electronic

作者:Not Available (NA)

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:183

装帧:Pap

isbn号码:9781559372220

丛书系列:

图书标签:

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

深入解析现代计算架构的基石：并行处理与互连技术 图书名称：高性能计算互连网络：从架构设计到实际部署 图书简介： 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，剖析现代高性能计算（HPC）集群和数据中心内部，支撑大规模并行处理任务的关键技术——高速、低延迟、高带宽的互连网络。在计算能力飞速发展的今天，仅仅依赖于处理器核心的性能提升已无法满足需求，系统级的通信效率成为制约整体性能的瓶颈。本书聚焦于解决这一核心挑战，通过系统化的讲解，阐述从理论基础到前沿应用的完整技术栈。 第一部分：并行计算的通信基础与挑战 本部分奠定了理解现代互连网络的基础。我们首先回顾了并行计算模型的发展历程，从共享内存（Shared Memory）到分布式内存（Distributed Memory）的范式转变，并深入分析了每种模型在通信需求上的根本差异。随后，详细探讨了限制系统扩展性的主要瓶颈，包括网络拓扑结构（Topology）的选择与影响，以及通信延迟（Latency）和带宽（Bandwidth）的量化分析。 我们引入了衡量网络效率的关键指标，如端到端延迟、消息聚合效率，并讨论了诸如死锁（Deadlock）、活锁（Livelock）等经典互连问题在现代网络设计中的演变与规避策略。特别地，本部分将详细分析网络拓扑的几何特性，例如环形（Ring）、网格（Mesh）、环面（Torus）以及多维超立方体（Hypercube）的构造原理、路由算法的复杂性及其对可扩展性的影响。 第二部分：网络接口与数据传输协议 构建高效互连网络的核心在于如何有效地在计算节点和网络之间进行数据交换。本部分将深入剖析网络接口卡（NIC）的设计原理和演进。我们详细介绍了远程直接内存访问（RDMA）技术，它是实现低延迟通信的关键。读者将学习RDMA的工作机制，包括基于内核（Kernel-Bypass）和用户空间（User-Space）的实现方式，以及它们如何显著减少了CPU干预，从而释放计算资源。 协议层面，本书将聚焦于当前主流的传输层技术，如传输控制协议（TCP）在HPC环境中的局限性，并详细对比了可靠性传输协议（Reliable Transport）和不可靠数据报协议（Unreliable Datagram）在不同应用场景下的适用性。此外，我们会对消息传递接口（MPI）这一标准化的并行编程模型进行系统性梳理，探讨其底层如何映射到不同的硬件互连技术上，以及现代MPI库（如Open MPI, MPICH）如何针对特定网络进行优化。 第三部分：路由、流控与拥塞管理 在多节点大规模集群中，如何确保数据包高效、无冲突地到达目的地是网络层的主要挑战。本部分致力于深入研究路由算法（Routing Algorithms）。我们将区分确定性路由（Deterministic Routing）和自适应路由（Adaptive Routing）的优劣。对于自适应路由，我们将详细剖析基于维度的路由（Dimension-Order Routing）、分散路由（Disjoint Paths Routing）以及利用拓扑信息进行优化的动态选择机制。 流控制（Flow Control）是保证网络不被溢出的关键机制。本书详细分析了基于信用（Credit-based）和基于速率（Rate-based）的流控模型，并探讨了它们在不同层次（如链路层、传输层）的应用。拥塞管理（Congestion Management）是现代高密度网络中不可避免的问题。我们将探讨如何识别、预测和缓解网络拥塞，包括显式拥塞通知（ECN）机制的引入，以及更高级的基于反馈的拥塞控制策略，这些策略对于确保长时间运行任务的性能稳定性至关重要。 第四部分：前沿互连技术与异构计算集成 随着AI和机器学习工作负载的兴起，传统的CPU-centric互连架构正面临新的挑战，尤其是对GPU-GPU通信和异构加速器集成的需求。本部分将聚焦于新兴的高速互连技术。 我们详尽分析了高速串行和并行物理层技术，包括光互连的潜力和挑战，以及高密度SerDes（Serializer/Deserializer）的设计考量。重点讨论CXL（Compute Express Link）等下一代内存语义互连技术，它们如何打破传统总线的限制，实现处理器与加速器之间更一致、更低延迟的内存访问。 此外，本书还将专门探讨特定应用加速器（如FPGA、ASIC）与网络 fabric 的集成方法，包括如何设计专用的片上网络（NoC）来承载特定的计算模式（如All-Reduce, All-to-All）。通过对这些前沿技术的分析，读者将能够理解如何为未来的超大规模异构计算系统构建面向未来的通信骨干网。 第五部分：实际部署、性能分析与故障诊断 理论知识必须通过实践来验证。本部分将指导读者如何将所学的知识应用于实际的集群部署中。内容涵盖网络拓扑的选择与物理布局，操作系统的网络栈调优，以及驱动程序的优化策略。 在性能分析方面，我们将介绍一系列先进的工具和方法论，用以精确地测量和归因通信延迟。这包括硬件性能计数器（Hardware Performance Counters）的使用、网络流量分析工具的原理，以及如何使用微基准测试（Micro-benchmarks）来隔离不同通信原语的性能瓶颈。最后，我们提供了针对复杂网络故障的系统化诊断流程，包括如何识别硬件损坏、路由错误和软件配置冲突，确保集群的高可用性和持续高性能运行。 目标读者： 本书适合于计算机体系结构研究人员、高性能计算系统工程师、网络架构师，以及所有希望深入理解和优化大规模并行系统中通信性能的软件开发者和系统管理员。阅读本书需要具备一定的计算机网络和操作系统基础知识。通过系统学习，读者将能够设计、部署和维护下一代超越当前技术限制的计算互连系统。

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