All IP Computer Architecture
の実現に向けて
慶應義塾大学
本サブテーマの概要

将来的にスーパーコンピュータの普及には、近年高速化しつ
つある汎用サーバに比べ、計算能力あたりのコスト・電力が、
低いことが求められている。

また、プロセッシングエレメント数が100万個を超すような
スーパーコンピュータシステムの構築の際には、コンピュー
タシステムの内部自身が超大規模インターネットに匹敵する
ネットワーク的な広がりを持つ。

本研究では、これらの問題点を解決するため、以下の観点に
ついての研究開発を行う。
1.
2.
コンピュータ内外の構成要素間を統一的にIPネット
ワークとして結合することによる、高性能と低コスト
の両立
メモリとネットワークを超低遅延で結ぶ動的再構成型
ネットワークインタフェース
これまでのコンピュータアーキテクチャ

明確な役割分担


様々な分類が可能




普遍的な構成要素
コンピュータ本体(CPU機器)
入力機能(キーボード、マウス)
出力・表示機能(ディスプレイ、プリ
ンタ)
携帯電話やPDA等もアーキテク
チャは類似
これまでのコンピュータコミュニケーション

PC-to-PC


コンピュータが通信の主体
登場人物


PC、ルータ、サーバ、他
“コンピュータ”という単位が通信の対象
インターネット(IP)の利点
インターネットとは?
複数のコンピュータネットワークを相互に接続して、全体として一
つのネットワークとして機能するようにしたもの
(三省堂「デイリー新語辞典」より)

現在のインターネットプロトコル(IP)はコンピュータ同士を
繋ぐプロトコル

IPの利点



汎用性・規模性 → 世界で唯一の共通通信基盤という事実
デジタル情報であれば何でも流せる
コンピュータ内部もデジタル情報の交換を行っている


CPU⇄メモリー
HDD⇄CPU
IPをコンピュータの内部へ
~ All IP Computer Architecture ~

PC-to-PCからParts-to-Partsへ


各パーツ(CPU, Memory, DISK, Display, etc)がバス接続されている
バスのネットワーク化


ネットワークが高速となった今、バスもIP化できる
技術進歩も着実

X11 (remote desktop),iSCSI
All IP Computerのpros&cons

内と外の区別が無くなる




多様な拡張性と汎用性




IPで繋がっているパーツ全てをグルーピング可能
グルーピングされたものがPC
グループ管理の必要性・認証
パーツはインタフェースとしてIPを持てば良い
汎用性と拡張性により対コスト効果が著しく向上
パーツが直接セキュリティー脅威の対象となりうる
ネットワークの低遅延広帯域の必要性


基幹(backbone)ネットワークの低遅延広帯域化
ローカルネットワークの低遅延広帯域化
All IP Computer Architectureの適用例

スーパコンピュータのシームレス化




PCの遠隔操作(物理的障壁の解消)



用途ごとに必要とされる機器・性能は異なっている
CPU資源、入出力デバイス等を柔軟に構成可能
一時的な負荷の解消
大学のコンピュータに、家にあるキーボードやDisplayを使って操作
計算部分はネットワーク上、UIは手元
PCの拡張/延命(資源の有効活用)


ネットワーク上の、使ってないメモリ、CPUを自分のPCとしてグ
ルーピングして利用
PC機能の移転、利便性の高いディスプレイの利用
IP化の促進による「コスト削減」と「汎用性」の実現
平成17年度の研究活動

アーキテクチャの検討



プロトタイプ実験



リクワイアメントの整理
All IP architectureの実装モデル
ディスプレイのIP化(HD over IP)
入力デバイスのIP化(USB Over IPの適用)
関連技術のサーベイ
本年度の検討 –リファレンスモデル
【想定する環境】
 コンピュータを構成する機器は遍在



高性能CPU、メモリ、大規模ストレージはネットワーク上に
キーボード、マウス、ディスプレイはローカルに
デバイスを管理するマネージャの存在


Rendezvous Manager (Local Resources)
Dispatch Manager (Remote Resources)
Network Model
CPUs
Memories
HDD
Dispatch
Manager(DM)
IP
Networks
Rendezvous
Manager(RM)
keyboard Mouse
Display
Input/Output Devices
Resource Management Operation
CPUs
Memories
HDD
Dispatch
Manager(DM)
IP
Networks
Device registration/reservation by RM
Rendezvous
Manager(RM)
keyboard Mouse
Display
Input/Output Devices
Overlay Network
CPUs
Memories
HDD
Dispatch
Manager(DM)
IP
Networks
仮想デバイス間ネットワーク
=All IP Computerの動的構成
Rendezvous
Manager(RM)
keyboard Mouse
Display
Input/Output Devices
関連技術のサーベイ

ディスプレイのIP化


入出力デバイスのIP化




dmx
USB/IP
Synergy
iSCSI
並列分散ファイルシステム(PVFS2)
DMX (Distributed Multihead X)概要

背景


現在のマルチスクリーンシステム
1つのPCに接続された複数のディスプレイを利用する


利用できるディスプレイが AGP/PCIスロット数などで制限される
DMX(http://dmx.sourceforge.net)

複数のPCに接続された複数のディスプレイを利用する

多くのディスプレイを利用してマルチスクリーンを構成できる
DMXの利用例
入力デバイスのIP化

USB over IP(http://usbip.naist.jp/)




[email protected]
Server/Client間の通信(TCP)
複数クライアントからサーバの制御ができない
 USBの規格ではリクエストの競合は未考慮
 改良して実用化へ
Synergy(http://synergy2.sourceforge.net/)


TCP/IPを使ってKeyboard, MouseをOS間で共有
クリップボードの共有も可能
今後の展開:
スーパコンピュータへの適用に向けて

膨大なデバイス群
→ インターネットと比べて規模性は問題ではない

配線・物理的構成の煩雑さ
→ルーティングにより容易な管理

コスト高
スーパコンピュータでの、パフォーマンスとコストは比例の関
係
→ IPではコストとパフォーマンスは比例しない。


BUS速度の限界
技術の革新の度にすべてを作り直す
→ IPでは、物理層のみのreplaceで既存の資産を有効活用可能

今後の展開:研究フェーズ
17年度の研究成果の実用化
1.

入出力デバイスのIP化
リファレンスモデルへの適用
2.


GRAPE-DRへAll IP Architectureを導入(プロトタイプの構築)
リファレンス実装


HDD等のストレージ
CPU資源
分散共有、動的再構成への対応
3.


メモリのIP化、分散共有への適用に関する研究開発
超低遅延時間で結ぶ動的再構成型ネットワークインタフェース
の研究・開発
研究体制



2週間に1度程度の全体ミーティング
1週間に1度のネットワークミーティング
WIDE研究会での分科会開催・研究発表
- 研究メンバ 【リーダ】村井純
学校法人慶應義塾常任理事
慶應義塾大学 環境情報学部教授
湧川 隆次
慶應義塾大学 環境情報学部 専任講師
吉藤 英明
慶應義塾大学 政策・メディア研究科講師
西田 佳史
慶應義塾大学 政策・メディア研究科助教授
佐藤 雅明
慶應義塾大学 政策・メディア研究科助手
國司 光宣
慶應義塾大学 政策・メディア研究科講師
岡田 耕司
慶應義塾大学 政策・メディア研究科研究員
ダウンロード

All IP Computer Architecture