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ıllı Red mariposa wiki: info, historia y vídeos


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wikiFigura 1: Red Mariposa para ocho procesadores

Red mariposa es una topología de red de interconexión de múltiples etapas (RIME), la que se puede usar para conectar diferentes nodos en un sistema de multiprocesador. La red interconectada para un sistemas de multiprocesador de memoria compartida precisa tener la latencia baja y el ancho de banda alto equiparado a otros sistemas de red como redes de área local (LANs) o bien internet. Esto es por el hecho de que en sistemas de multiprocesador :-



  • Los mensajes son parcialmente cortos, como la mayor parte de los mensajes son solicitudes de congruencia de protocolo y contestaciones sin datos.
  • Los mensajes se producen frecuentemente pues cada fallo de lectura o bien escritura (se genera cuando los datos pedidos no están en la caché de los procesadores y han de ser extraídos de la memoria o bien otro caché del procesador) produce mensajes a cada nodo en el sistema para asegurar congruencia.
  • Dado que los mensajes se producen con cierta frecuencia, es bastante difícil para los procesadores esconder el retraso de la comunicación.

Los componentes esenciales de una red interconectada son:-



  • Nodos de procesador - consisten en uno o bien más procesadores así como su caches, memorias y ayuda de comunicación.
  • Nodos de conmutación (Enrutador) - conectan la ayuda de comunicación de diferentes nodos de procesador en un sistema. En RIMEs, los nodos de conmutación el nivel más alto conectan a los del nivel más bajos como se muestra en la figura 1. Nodos de conmutación de rango 0 conectan a nodos de procesador de forma directa, al tiempo que los nodos de conmutación de rango 1 conectan a a los de rango 0.
  • Enlace - cables Físicos entre 2 nodos de conmutación (enrutadores). Pueden ser uni-direccionales o bien bi-direccionales.

Estas redes multi-etapa tienen un costo más bajo que una cross bar mas todavía consiguen una contención más baja que un autobus. Asimismo la relación de nodos de conmutación a nodos de procesador es mayor que uno en una red mariposa. Tal topología donde la relación de nodos de conmutación a nodos de procesador es mayor que uno lleva por nombre topología indirecta.


La red deriva su nombre de las conexiones entre los nodos en 2 filas lindantes (como se muestra en la figura 1), que se semeja a una mariposa. Cuando los rangos superior y también inferior se combinan en un rango, se llama Red Mariposa Envuelta. En la figura uno con cero si los nodos de rango tres están conectados atrás de los respectivos nodos de rango 0, entonces deviene una red mariposa envuelta .


BBN Butterfly, un computador paralelo masivo construido por Bolt, Beranek y Newman en los años1980s, emplearon una red mariposa interconectada. Asimismo, Cray C90, emplearon una red mariposa para la comunicación entre sus dieciseis procesadores y mil veinticuatro bancos de memoria.




Para una red mariposa con 'p' nodos de procesador, precisas tener p(log2?p+1) nodos de conmutación. La figura 1 muestra una red con ocho nodos de procesador, lo que quiere decir que tenemos treinta y dos nodos de conmutación. Asimismo representa cada nodo como N(rango, número de columna). Por servirnos de un ejemplo, el nodo en columna seis en rango 1 está representado como (uno con seis) y el nodo en columna dos en rango 0 está representado como (0,2).


Para cualquier i mayor que cero, un nodo de conmutación N(i,j) se conecta a N(i-uno con cero j) y N(i-uno con cero m), dónde m se obtene moviendo el i^ésimo bit más significativo de j. Por poner un ejemplo, considere el nodo N(uno con seis). Acá, i es 1 y j es seis. Por tanto m se consigue mudando el primer bit más significativo de seis.

VariableRepresentación binariaRepresentación decimalj1106m0102

Como resultado los nodos conectados a N(uno con seis) son :-

N(i,j)N(i-1,j)N(i-1,m)(uno con seis)(0,6)(0,2)

Curiosamente, N(0,6), N(uno con seis), N(0,2), N(uno con dos) forma un patrón de mariposa. Podemos hallar muchos de estos patrones de mariposa en la figura y por lo tanto, esta red se nombre Red Mariposa.

Figura 2: Enrutamiento de Red mariposa

Considera que en una red mariposa envuelta (lo que quiere decir que el rango 0 se fusiona con el rango tres. En la figura dos, se muestra a través de la replicación de los nodos de procesador bajo rango tres) , precisamos mandar un mensaje del procesador cinco al procesador dos. El bulto trasmitido sobre el link es de la manera :-

EncabezamientoCarga útilRemolque

El encabezado contiene el destino del mensaje, el que es procesador dos (diez en binario). La carga útil es el mensaje M y el remolque contiene la suma de verificación. Por ende el mensaje real trasmitido de procesador cinco es :-


Al llegar a un nodo de conmutación, se escoge uno de los 2 links de salida en base al bit más significativo de la dirección de destino. Si ese bit es cero, se elige el link izquierdo. Si ese bit es uno, el link adecuado está escogido. Más tarde, este bit se suprime de la dirección de destino en el bulto trasmitido a través del link elegido. Esto se muestra en la figura dos. El bulto precedente alcanza N (0,5). Desde el encabezado del bulto, suprime el bit más a la izquierda para decidir la dirección. Pues es un link cero a la izquierda de N (0,5) (que se conecta a N (uno con uno)) se escoge. La nueva cabecera es '10'.



  • El nuevo bulto llega a N (uno con uno). Desde el encabezado del bulto, suprime el bit más a la izquierda para decidir la dirección. Pues es un link adecuado de N (uno con uno) (que se conecta a N (dos,3)) se escoge. El nuevo encabezado es '0'.
  • El nuevo bulto llega a N (dos,3). Desde el encabezado del bulto, suprime el bit más a la izquierda para decidir la dirección. Como se trata de un link cero a la izquierda de N (dos,3) (que se conecta a N (tres,2)) se escoge. El campo de encabezado está vacío.
  • El procesador dos recibe el bulto, que ahora contiene solo la carga "M" y la suma de verificación.

Comparemos la red de mariposa con otras topologías de red, como matriz, anillo, lineales de malla dos-D y el hipercubo. Tenga presente que una matriz lineal puede considerarse como una topología de malla 1-D. Sus factores relevantes se recogen en la tabla de abajo ( 'p' representa el número de nodos de procesador).

TopologíaDiámetroAncho de banda de bisecciónEnlacesGradoArreglo linealp-11p-12Anillop/22p2Malla dos-D
2(p-1)p2p(p-1)4Hipercubolog2?pp/2log2?p×(p/2)log2?pMariposalog2?pp/2log2?p×2p4

  • Las redes mariposas tienen un diámetro menor que otras toplogías como arreglo lineal, anillo y malla dos-D. Esto implica que en internet de mariposa, un mensaje mandado desde un procesador llegaría a su destino en un menor número de saltos de red.
  • Las redes mariposas tienen mayor ancho de banda de bisección que otras toplogías como arreglo lineal, anillo y malla dos-D. Esto implica que en internet de mariposas, un mayor número de links deben romperse para eludir la comunicación global.


  • Las redes de mariposas son más complejas y costosas que otras topologías como arreglo lineal, anillo y malla dos-D debido al mayor número de links precisos para sostener la red.

La diferencia entre el hipercubo y la mariposa está en su implementación. Red Mariposa tiene una estructura simétrica donde todos y cada uno de los nodos del procesador entre 2 rangos son equidistantes entre sí, al tiempo que el hipercubo es más conveniente para un sistema multiprocesador que demanda distancias dispares entre sus nodos. Al mirar el número de links precisos, puede parecer que el hipercubo es más económico y más simple en comparación con una red mariposas. Mas conforme el número de nodos del procesador va alén de dieciseis, el costo y la dificultad del enrutador (representado por el grado) de la red mariposas se hace menor que hipercubo pues su grado es independiente del número de nodos.


La conclusión es que no hay una sola topología de red que sea la mejor para todos y cada uno de los escenarios. La resolución ha de ser hecha sobre la base de factores como el número de nodos de procesador en el sistema, los requisitos de ancho de banda, latencia, el costo y la escalabilidad.


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