Ученые Московского института электроники и математики НИУ ВШЭ совместно с коллегами из Самарского университета представили новый алгоритм для маршрутизации данных в многопроцессорных системах на кристалле. Разработка получила название LRF-3D и предназначена для автоматического обхода неработающих узлов в трехмерных сетях, что критически важно для повышения отказоустойчивости процессоров, используемых в ЦОД, суперкомпьютерах и системах ИИ.
Многопроцессорные системы на кристалле объединяют тысячи вычислительных элементов в единую микросхему с помощью внутренней коммуникационной сети. В процессе производства или эксплуатации отдельные узлы такой сети могут выходить из строя, создавая локальные «тупиковые» зоны. Чтобы гарантировать стабильную передачу данных, еще на этапе проектирования необходимо предусматривать механизмы обхода таких неисправностей.
Существующие подходы к решению этой задачи имеют ограничения. Глобальные алгоритмы, способные находить оптимальный путь, требуют полной информации о всей сети и значительных вычислительных ресурсов. Локальные алгоритмы, напротив, используют данные только о ближайших соседях, но зачастую строят избыточно длинные маршруты. Предложенный учеными LRF-3D относится к локальным методам, однако благодаря иерархической структуре он способен при попадании в тупик возвращаться на предыдущую позицию и блокировать недоступное направление, что сокращает длину обходного пути.
В ходе испытаний алгоритм сравнивали с эталонным глобальным методом A* и другим локальным алгоритмом LOFT. Эксперименты проводились в 36 различных сценариях, включая лабиринты, коридоры и случайные отказы узлов. Результаты показали, что при доле неисправных элементов до 50% среднее отклонение длины маршрута, построенного LRF-3D, от оптимального составляет всего 1,64%, что более чем в 137 раз точнее показателей LOFT. При плотности отказов от 13 до 30% алгоритм успешно доставляет пакеты данных в 86% случаев. По скорости принятия решений новая разработка превосходит A* в 16,7 раза, а LOFT — в 22,5 раза.
В ближайших планах авторов — проверка работы алгоритма на реальных микросхемах для оценки влияния на энергопотребление и фактическую пропускную способность. В случае успешного подтверждения ожидается, что технология ляжет в основу процессоров нового поколения с повышенной надежностью даже в условиях множественных сбоев.
Читайте также: В России создана технология сверхпроводниковых чипов на тантале для квантовых компьютеров