クラスタコンピュータのネットワークハードウェアに関する研究

(1)Maestroプロジェクト

マイクロプロセッサの劇的な性能の向上にともない，価格/性能比が優れた並列計算システムとしてクラスタコンピュータを利用する傾向が高まっている．しかしながら，従来の汎用ネットワークハードウェアと通信プロトコルで構成されるクラスタコンピュータは，通信オーバヘッドが大きく，内在する性能を引き出すことが困難である．独立したシステムとしてのクラスタコンピュータの特性を考慮すると，通信の最適化が可能である．Maestroプロジェクトでは，クラスタコンピューティング向けの通信手順最適化として，ネットワークハードウェアのリンク層におけるバースト転送と通信単位の小粒度化による通信の多重化を提案した．これらの高速化技法を実現するリンク制御プロトコルMLP（Maestro Link Protocol）を提案し，リンクレイヤコントローラMLC（Maestro Link Controller）への実装を行った．さらに，MLC を用いて構築したMaestro ネットワークの通信実験により，本最適化技法が通信性能の向上に有効であることを示した．Read More

Maestro Cluster Networkのネットワークインタフェース
（64ビットPCI@66MHｚ、IEEE1394 200Mbps PHY、PowerPC603e、64MB EDO DRAMを搭載）

Maestro Cluster Networkのスイッチボックス　8ポート
（64ビットPCI@66MHｚ、IEEE1394 200Mbps PHY、PowerPC603e、64MB EDO DRAMを搭載）

Research articles in Journals and Magazines

Koichi Wada, Shinichi Yamagiwa, Munehiro Fukuda. High Performance Network of PC Cluster Maestro, Cluster Computing, 33--42, (2002-01-01), DOI:10.1023/a:1012788521068
山際伸一, 福田宗弘, 和田耕一. クラスタ向けネットワークアーキテクチャトプロトコルの提案 : Maestroネットワークの開発と性能評価, 情報処理学会論文誌. ハイパフォーマンスコンピューティングシステム, 91-103, (2000-08-15), DOI:

Conference Proceedings

S. Yamagiwa, K. Wada. Design and implementation of message passing library on Maestro network, 2001 IEEE Pacific Rim Conference on Communications, Computers and Signal Processing (IEEE Cat. No.01CH37233), , (2001-08-26), DOI:10.1109/pacrim.2001.953529
S. Yamagiwa, M. Fukuda, K. Wada. Design and performance of Maestro cluster network, Proceedings IEEE International Conference on Cluster Computing. CLUSTER 2000, , (2000-11-28), DOI:10.1109/clustr.2000.888990
P. Kulkasem, S. Yamagiwa, N. Ito, N. Yonezawa, K. Wada. Design and implementation of message passing library for PC cluster Maestro, 1999 IEEE Pacific Rim Conference on Communications, Computers and Signal Processing (PACRIM 1999). Conference Proceedings (Cat. No.99CH36368), , (1999-08-22), DOI:10.1109/pacrim.1999.799608
Shinichi Yamagiwa, Masaaki Ono, Takeshi Yamazaki, Pusit Kulkasem, Masayuki Hirota, Koichi Wada. Maestro-link: A high performance interconnect for PC cluster, FPL 1998: Field-Programmable Logic and Applications From FPGAs to Computing Paradigm, 421--425, (1998-09-01), DOI:10.1007/bfb0055273

(2)Maestro2プロジェクト

Maestroプロジェクトから得た高速化技法を元に，MLPとスイッチングメカニズムに関する改善点を指摘し，continuous network burstとout-of-order switchingを提案した．continuous network burstはMLPで行っているバースト転送長をより長く維持するための工夫がされている．また，out-of-order switchingはMaestroネットワークで行われていた，共有バスに対する逐次的な転送要求処理方式ではなく，複数の転送要求を時分割で同時に処理できる．これらの技法を用い，双方向通信が可能なMLX(Maestro Link Protocol dupleX)をMLCに搭載したMaestro2ネットワークを構築した．Maesto2ネットワークと専用通信ライブラリMMP（後述）を用いた通信実験から，continuous network burstとout-of-order switchingが有効であることを示した．

Maestro2 Cluster Networkのネットワークインタフェース
（64ビットPCI@66MHｚ、LVDS 600MHz PHY、PowerPC603e、64MB SDRAMを搭載）

Maestro2 Cluster Networkのスイッチボックス　8ポート
（64ビットPCI@66MHｚ、LVDS 600MHz PHY、PowerPC603e、64MB SDRAMを搭載）

Maestro2 Cluster Netowork　実験の様子
2台のPCをLVDS経由で通信させている

Research articles in Journals and Magazines

Keiichi Aoki, Shinichi Yamagiwa, Koichi Wada, Masaaki Ono. Development and evaluation of message passing library for Maestro2 cluster network, Electronics and Communications in Japan (Part {II}: Electronics), 109--121, (2007-10-18), DOI:10.1002/ecjb.20411
青木圭一, 山際伸一, 和田耕一, 小野雅晃. Maestro2クラスタネットワーク向けメッセージパッシングライブラリの開発と評価, 電子情報通信学会論文誌D, 919-931, (2006-05-01), DOI:
SHINICHI YAMAGIWA, LEONEL SOUSA, KEVIN FERREIRA, KEIICHI AOKI, MASAAKI ONO, KOICHI WADA. MAESTRO2: EXPERIMENTAL EVALUATION OF COMMUNICATION PERFORMANCE IMPROVEMENT TECHNIQUES IN THE LINK LAYER, Journal of Interconnection Networks, 295--318, (2006-02-01), DOI:10.1142/s0219265906001715

Conference Proceedings

Shinichi Yamagiwa, Keiichi Aoki, Koichi Wada. PERFORMANCE ENHANCEMENT OF INTER-CLUSTER COMMUNICATION WITH SOFTWARE-BASED DATA COMPRESSION IN LINK LAYER, the 17th IASTED International Conference Parallel and Distributed Computing and Systems, , (2005-11-14), DOI:
Leonel Sousa Ricardo Guapo. On the Implementation and Evaluation of Berkeley Sockets on Maestro2 cluster computing environment, The 4th International Symposium on Parallel and Distributed Computing (ISPDC2005), , (2005-07-04), DOI:10.1109/ispdc.2005.37
Keiichi Aoki Shinichi Yamagiwa. Active Zero-copy: A performance study of non-deterministic messaging, The 4th International Symposium on Parallel and Distributed Computing (ISPDC2005), , (2005-07-04), DOI:10.1109/ispdc.2005.11
Keiichi Aoki, Koichi Wada, Masaaki Ono, Shinichi Yamagiwa. High Performance Message Passing Library for Maestro2 Cluster Network., the 23rd IASTED International Conference on PARALLEL AND DISTRIBUTED COMPUTING AND NETWORKS(PDCN2005), , (2005-02-15), DOI:
K. Ferreira, S. Yamagiwa, L. Sousa, K. Aoki, K. Wada, L.M. Campos. Distributed Shared Memory System Based on the Maestro2 High Performance Cluster Network, Third International Symposium on Parallel and Distributed Computing/Third International Workshop on Algorithms, Models and Tools for Parallel Computing on Heterogeneous Networks, , (2004-07-07), DOI:10.1109/ispdc.2004.19
K. Aoki, S. Yamagiwa, K. Ferreira, L.M. Campos. Maestro2: high speed network technology for high performance computing, 2004 IEEE International Conference on Communications (IEEE Cat. No.04CH37577), , (2004-06-20), DOI:10.1109/icc.2004.1312658
S. Yamagiwa, K. Ferreira, L.M. Campos, K. Aoki, M. Ono, K. Wada, M. Fukuda, L. Sousa. On the performance of Maestro2 high performance network equipment, using new improvement techniques, IEEE International Conference on Performance, Computing, and Communications, 2004, , (2004-04-15), DOI:10.1109/pccc.2004.1394952
K. Aoki, S. Yamagiwa, M. Ono, K. Wada, L.M. Campos. An architecture of high performance cluster network: Maestro2, 2003 IEEE Pacific Rim Conference on Communications Computers and Signal Processing (PACRIM 2003) (Cat. No.03CH37490), , (2003-08-28), DOI:10.1109/pacrim.2003.1235898
Yamagiwa, S, Aoki, K, Ono, M, Sakurai, T, Wada, K, Campos, LM. Maestro2: A new challenge for high performance cluster network, 6TH WORLD MULTICONFERENCE ON SYSTEMICS, CYBERNETICS AND INFORMATICS, VOL XI, PROCEEDINGS: COMPUTER SCIENCE II, 382-387, (2002-07-14), DOI:

受賞

Best Paper Award (CLUSTER2000) (Shinichi Yamagiwa, Munehiro Fukuda and Koichi Wada, “Design and Performance of Maestro Cluster Network,” Proceedings of IEEE International Conference on Cluster Computing (CLUSTER2000), IEEE, pp. 35-44, November 2000.).