情報処理システムおよび情報処理システムの制御方法

【課題】計算性能を損なうことなく、良好なセキュリティにて複数ユーザによる並列コンピュータの同時使用を実現する。
【解決手段】複数の計算ノード１１を縦ループ光ファイバ１２および横ループ光ファイバ１３にて接続することで二次元トーラス型で接続し、並列コンピュータＣ０として稼働させる情報処理システム１０において、横ループ光ファイバ１３に光スイッチ１４を介在させ、必要に応じて、横ループ光ファイバ１３、すなわち複数の計算ノード１１を二つのグループに分離して、物理的に独立な複数の並列コンピュータを構成し、各並列コンピュータにて、異なるユーザが情報漏洩のない高いセキュリティにて、異なるアプリケーションプログラムを並行して実行することを可能にした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報処理システムおよび情報処理システムの制御方法に関し、特に、複数の計算ノードを用いた負荷分散による並列処理等の情報処理技術等に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然界または加工物における様々な物理現象をできる限り模倣化可能な高性能コンピュータが、原子力、自動車、船舶、航空機、高層ビルなどの分野で設計やシミュレーションに適用されている。また、近年では分子設計や遺伝子解析などバイオ、化学分野での活用されており、大学や研究機関だけでなく、一般企業でも活用されている。高性能コンピュータには様々な計算用途があり、その所要計算時間も大きなバラツキがある。
【０００３】
上述の高性能コンピュータの実現方法としては、科学技術分野で頻繁に使われる行列計算などの大量の繰り返し演算を高速化するため、次に示すような技術がある。
すなわち（１）個々のプロセッサ自体の性能を向上させる技術、（２）複数のプロセッサを並列接続して用い、その並列度を大きくする技術、（３）ベクトルプロセッサなどと呼ばれる特殊な演算装置を用いて並列処理を行う技術、である。
【０００４】
通常、上述の（１）～（３）の技術の中から１つまたは複数を選択し、高性能コンピュータを実現している。プロセッサの並列度が高い並列コンピュータの場合、それらの複数のプロセッサ間を接続するネットワークの性能向上が一層重要である。
【０００５】
大規模な計算を必要とするアプリケーションプログラムの実行には高性能コンピュータの全体を占有し、所要時間の短縮を優先して計算する場合が多い。
一方、小規模または中規模の計算で十分なアプリケーションプログラムの実行の際には、上述の高性能コンピュータの効率的な利用の観点から、同時に異なるプログラムを実行させることが有効である。この場合、個々の計算（アプリケーションプログラム）の実行を依頼する依頼者（ユーザ）間において、各々のユーザの計算業務に関わる情報が他のユーザ等に漏洩しないようなセキュリティの配慮が必要となる。
【０００６】
特に、後者の場合に、複数のユーザ間でのセキィリティ確保が大きな課題である。セキュリティ確保のために、たとえば、計算ノード間を転送される情報にユーザ識別情報等を混在させ、どのユーザの情報かを識別する手続きを追加するようなソフトウェア的な対策が考えられるが、転送情報のユーザ判別処理に起因するオーバーヘッド等によって情報転送の遅延時間が大きくなるなどの新たな課題が発生する。
【０００７】
すなわち、従来の高性能コンピュータでは、各計算ノード間の情報転送の速度や転送容量の増大による性能向上を追求するあまり、計算ノード間を転送する情報に関する手続きを簡略化する傾向があり、ソフトウェア的なセキュリティ対策は、性能低下の原因となったり、構成が複雑化するため、採用が困難である。
【０００８】
なお、特許文献１には、並列コンピュータにおいて、冗長な待機プロセッサからなるグループを設け、ハードウェア障害を経験したグループと交換するようにソフトウェア制御を行うことで、フォールト・トレランスを実現しようとしている。しかし、この特許文献１では、並列コンピュータを異なる複数のユーザが並行して使用する場合における上述のようなセキュリティ確保に関する技術的課題は認識されていない。
【特許文献１】特表２００４－５３２４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、計算性能を損なうことなく、良好なセキュリティにて複数ユーザによる並列コンピュータの同時使用を実現することが可能な情報処理技術を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、多様な計算規模の複数のアプリケーションプログラムを、個々のアプリケーションプログラム間のセキュリティを維持しつつ、並行して実行することが可能な情報処理技術を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、複数の計算ノードで構成される並列コンピュータにおける稼働率の向上を実現することにある。
本発明の他の目的は、並列コンピュータにおいて、個々の計算ノード単位の切り離しによる障害耐性の向上を実現することが可能な情報処理を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の観点は、並列コンピュータを構成する複数の計算ノードと、
前記計算ノードを接続する情報伝送路と、
前記情報伝送路に設けられ、複数の前記計算ノードが互いに独立な複数の前記並列コンピュータを構成するように前記情報伝送路を分離する操作を行う分離スイッチと、
を含む情報処理システムを提供する。
【００１３】
本発明の第２の観点は、第１の観点の情報システムにおいて、
前記分離スイッチは前記情報伝送路を物理的に分離する操作を行う情報処理システムを提供する。
【００１４】
本発明の第３の観点は、第１の観点の情報処理システムにおいて、
個々の前記計算ノードは入力ポートおよび出力ポートを備え、前記分離スイッチは、前記情報伝送路を介して前記入力ポートおよび出力ポートが接続される複数の接続ポートと、任意の前記接続ポート間を接続するスイッチマトリクスを含み、
前記スイッチマトリクスは、複数の前記計算ノードの前記入力ポートおよび出力ポートがループをなすように接続し、個々の前記計算ノードの前記入力ポートおよび出力ポートのペアをスキップして前記ループから外すことにより、個々の前記計算ノードを単位として、前記並列コンピュータからの切り離しが行われるようにした情報処理システムを提供する。
【００１５】
本発明の第４の観点は、グループを構成する複数の計算ノードを束ね、前記グループ内における前記計算ノード間の伝送情報の経路制御を行う第１スイッチと、
複数の前記第１スイッチを介して前記グループ単位で前記計算ノードが接続され、複数の前記グループ間における前記計算ノード間の伝送情報の経路制御を行う第２スイッチと、
前記第１スイッチと前記第２スイッチとの間に介在し、個々の前記グループの前記第２スイッチに対する接続の有無を制御する第３スイッチと、
を含む情報処理システムを提供する。
【００１６】
本発明の第５の観点は、複数の計算ノードを光伝送路を介して接続することで並列コンピュータとして稼働させる情報処理システムの制御方法であって、
前記光伝送路上に光スイッチを配置する工程と、
必要に応じて前記光伝送路を前記光スイッチにて分離することで、複数の前記計算ノードを複数の互いに独立な前記並列コンピュータとして稼働させる工程と、
を含む情報処理システムの制御方法を提供する。
【００１７】
本発明の第６の観点は、グループを構成する複数の計算ノードを前記グループ内における前記計算ノード間の伝送情報の経路制御を行う第１スイッチにて束ね、
複数の前記第１スイッチを、複数の前記グループ間における前記計算ノード間の伝送情報の経路制御を行う第２スイッチにて束ねることで、ファットツリーを構成する情報処理システムの制御方法であって、
前記第１スイッチと前記第２スイッチとの間の情報伝送路に第３スイッチを配置する工程と、
前記第３スイッチによって、個々の前記グループの前記第２スイッチに対する接続の有無を制御することで、前記グループを最小構成とする互いに独立な複数の並列コンピュータを構成する工程と、
を含む情報処理システムの制御方法を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、計算性能を損なうことなく、良好なセキュリティにて複数ユーザによる並列コンピュータの同時使用を実現することができる。
また、多様な計算規模の複数のアプリケーションプログラムを、個々のアプリケーションプログラム間のセキュリティを維持しつつ、並行して実行することが可能となる。
【００１９】
また、複数の計算ノードで構成される並列コンピュータにおける稼働率の向上を実現することができる。
また、並列コンピュータにおいて、個々の計算ノード単位の切り離しによる障害耐性の向上を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である情報処理システムの制御方法を実施する情報処理システムの構成の一例を示す概念図であり、図２は、その動作の一例を示す概念図、図３は、本実施の形態の情報処理システムを構成する計算ノードの構成の一例を示すブロック図である。
【００２１】
図１は、複数の計算ノードのトーラス型接続におけるパーティショニングの基本概念を示している。本実施の形態では、計算ノード間を接続するの光伝送路に光スイッチを挿入することにより、物理的に分離された複数のネットワーク、即ちセキュリティを確保した複数の並列コンピュータに分割可能にする例を説明する。ただし、以下の図１～図７では、説明を簡略化するため、複数の計算ノードの二次元のトーラス型接続を例にとって説明をする。
【００２２】
図１に例示されるように、本実施の形態の情報処理システム１０は、複数の計算ノード１１を、縦ループ光ファイバ１２および横ループ光ファイバ１３にて各行および列毎に連ねて接続することで、二次元トーラスの並列コンピュータＣ０を構成している。
【００２３】
個々の計算ノード１１は、演算コア１１ａと、この演算コア１１ａを、光信号出力部２１および光信号入力部２２に接続するための通信インターフェイス１１ｄを備えている。演算コア１１ａは、たとえば、演算処理を実行するＣＰＵ１１ｃと、このＣＰＵ１１ｃを制御するプログラムやデータ等の情報が格納されるメモリ１１ｂを含んでいる。
【００２４】
通信インターフェイス１１ｄに接続される光信号出力部２１には、複数の固定波長光送信器２１ａが設けられ、個々の固定波長光送信器２１ａは、縦ループ光ファイバ１２および横ループ光ファイバ１３に接続される。
【００２５】
通信インターフェイス１１ｄに接続される光信号入力部２２には、複数の固定波長光受信器２２ａが設けられ、個々の固定波長光受信器２２ａには、縦ループ光ファイバ１２および横ループ光ファイバ１３が接続されている。
【００２６】
そして、一つの計算ノード１１から他の計算ノード１１に伝達すべきメッセージは、光信号出力部２１において光信号に変換されて縦ループ光ファイバ１２、横ループ光ファイバ１３に送出され、光信号入力部２２において受信され、必要に応じて電気的な信号に変換されて演算コア１１ａに伝達される。
【００２７】
図１に例示される二次元トーラス接続の情報処理システム１０を実現する場合、個々の計算ノード１１の光信号出力部２１および光信号入力部２２では、２出力／２入力でよい。
【００２８】
本実施の形態の場合、横ループ光ファイバ１３の経路の途中には、光スイッチ１４（分離スイッチ）が介設されている。この光スイッチ１４は、複数の接続ポート１４ａと、この接続ポート１４ａ間の接続経路を設定するスイッチマトリクス１４ｂと、スイッチマトリクス１４ｂによる接続経路の設定動作を外部から制御するための分離制御入力部１４ｃを備えている。
【００２９】
図１の構成では、簡単のため、複数の計算ノード１１を二つのグループに二等分する位置に光スイッチ１４を配置した例を示しているが、二等分でなくてもよい。また、光スイッチ１４の数は一つに限らず、２以上の光スイッチ１４を配置し、複数の計算ノード１１が、３以上のグループに分割されるようにしてもよい。
【００３０】
スイッチマトリクス１４ｂは、たとえば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：Micro-Electro Mechanical System）等の微細加工技術を用いて構成される光ファイバの断面サイズの微小な複数の可動ミラーと、この可動ミラーを静電気等で駆動する駆動回路系、さらには、可動ミラーに対して入射／出射する光信号を収束する光学系等で構成される。このため、光スイッチ１４における横ループ光ファイバ１３の光路の接続状態／分離状態における光信号の伝送遅延は原理的に非常に小さい。
【００３１】
個々の横ループ光ファイバ１３は、この光スイッチ１４にて分断され、個々の切断端部が、個々の接続ポート１４ａに接続されている。
そして、分離制御入力部１４ｃがデフォルトの状態では、個々の横ループ光ファイバ１３が一つのループをなすように、接続ポート１４ａ間の接続が設定される。この状態では、全体の計算ノード１１（この場合、１６個）が、一つの並列コンピュータＣ０を構成する。
【００３２】
また、分離制御入力部１４ｃから横ループ光ファイバ１３の分離指示を行うことで、図２に例示されるように、スイッチマトリクス１４ｂでは、個々の横ループ光ファイバ１３の接続端がループをなすように、分離制御入力部１４ｃ間の接続経路が設定され、これにより、横ループ光ファイバ１３は、二つの分離ループ光ファイバ１３ａおよび分離ループ光ファイバ１３ｂに分離される。
【００３３】
そして、横ループ光ファイバ１３にて行方向に接続されていた複数の計算ノード１１は、分離ループ光ファイバ１３ａに属するグループ（この場合、８個）と、分離ループ光ファイバ１３ｂに属するグループ（この場合、８個）に分離され、それぞれ独立な、並列コンピュータＣ１および並列コンピュータＣ２を構成する。
【００３４】
この場合、図２の分離状態では、光スイッチ１４にて、横ループ光ファイバ１３は、二つの分離ループ光ファイバ１３ａおよび分離ループ光ファイバ１３ｂに物理的に完全に分離された状態となるため、分離ループ光ファイバ１３ａの側の並列コンピュータＣ１、および分離ループ光ファイバ１３ｂの側の並列コンピュータＣ２は、物理的に独立して動作可能となる。
【００３５】
このため、たとえば、並列コンピュータＣ１を使用するユーザが実行するシミュレーションプログラムと、並列コンピュータＣ２を使用する他のユーザが実行する別のシミュレーションプログラムとの間における情報漏洩が確実に防止される。
【００３６】
また、並列コンピュータＣ０を複数の並列コンピュータＣ１および並列コンピュータＣ２として稼働させる場合の情報漏洩防止等の目的で、計算ノード１１で授受されるメッセージに特別な情報を埋め込んだり、メッセージから当該情報を読み取って判別する等の煩雑なソフトウェア処理は全く不要であり、当該ソフトウェア処理に起因するオーバーヘッドの発生もない。
【００３７】
すなわち、オーバーヘッドを発生させることなく、かつ高いセキュリティを維持した状態で、一つの並列コンピュータＣ０を、複数の独立な並列コンピュータＣ１および並列コンピュータＣ２として動作させることができる。
【００３８】
また、光スイッチ１４を接続状態にして、一つの横ループ光ファイバ１３にて行方向の全ての計算ノード１１を接続し、全体の計算ノード１１で構成される並列コンピュータＣ０として使用する場合には、光スイッチ１４における光信号の伝送のオーバーヘッドも発生せず、並列コンピュータＣ０の高性能が損なわれることもない。
【００３９】
図４は、本実施の形態の情報処理システム１０の変形例を示す概念図である。この図４の例では、縦ループ光ファイバ１２および横ループ光ファイバ１３の本数を増やして、計算ノード１１の間における光信号の伝送を空間分割多重（ｓｐａｃｅ－ＤＭ）とすることで、計算ノード間の通信容量を増大し、計算性能の向上を実現している。
【００４０】
この場合も、光スイッチ１４－１にて横ループ光ファイバ１３を接続手段とすることにより、全ての計算ノード１１（この場合、１６個）の並列接続による並列コンピュータＣ０の実現にて、最大性能の並列計算を行うことができる。
【００４１】
また、必要に応じて、光スイッチ１４－１を分離状態に設定し、複数の横ループ光ファイバ１３の分離ループ光ファイバ１３ａおよび分離ループ光ファイバ１３ｂへと分離することにより、物理的に独立な並列コンピュータＣ１および並列コンピュータＣ２を実現することもできる。この分離状態の場合、特に図示しないが、多重化された横ループ光ファイバ１３の各々の光ファイバの分離端部（光スイッチ１４に対する接続端部）は、図２の場合と同様に、スイッチマトリクス１４ｂにおいてループ接続される。ここで、空間分割多重された計算ノード間の複数のファイバの接続は、同時に分離状態に設定できる方が望ましい。
【００４２】
上述の縦ループ光ファイバ１２および横ループ光ファイバ１３の多重化では、光ファイバの本数が増加する。そこで、以下の図５に、波長分割多重（ＷＤＭ）の光信号を用いることで、縦ループ光ファイバ１２および横ループ光ファイバ１３を構成する光ファイバの本数を削減する例を示す。
【００４３】
すなわち、図５は、二次元トーラス型接続のために配列された複数の計算ノード１１－１を列方向に一本の縦波長多重光ファイバ１５で接続し、同様に行方向も一本の横波長多重光ファイバ１６で接続した場合を情報処理システム１０の例を示している。
【００４４】
そして、光スイッチ１４－１が接続状態では、すべての計算ノード１１－１の並列動作による並列コンピュータＣ０が構成される。また、必要に応じて、横波長多重光ファイバ１６を光スイッチ１４－１にて二つの分離波長多重光ファイバ１６ａおよび分離波長多重光ファイバ１６ｂのループに分離することで、独立な並列コンピュータＣ１および並列コンピュータＣ２を構成できる。
【００４５】
図６は、この図５の場合における計算ノード１１－１の構成例を示している。上述の図３に例示された計算ノード１１の構成と異なる点を以下に説明する。この場合、光信号出力部２１の側には、固定波長光送信器２１ａから出力される多波長の複数の光信号を波長分割多重化して、縦波長多重光ファイバ１５、横波長多重光ファイバ１６に送出する合波器２３が設けられている。
【００４６】
また、光信号入力部２２の側には、縦波長多重光ファイバ１５、横波長多重光ファイバ１６から到来する波長分割多重の光信号を波長毎に分離して固定波長光受信器２２ａに入力する分波器２４が設けられている。
【００４７】
この図５のように、縦波長多重光ファイバ１５および横波長多重光ファイバ１６を波長分割多重化することで、図４の構成の場合よりも、光スイッチ１４－１の接続ポート１４ａの数を削減でき、光スイッチ１４－１の構成を簡略化できる、という利点がある。
【００４８】
図７は、本実施の形態の情報処理システム１０のさらに他の変形例を示す概念図である。この図７の構成は、図４の構成と図５の構成の折衷案である。すなわち、複数本の横ループ光ファイバ１３の経路のうち、光スイッチ１４－１に接続される経路部分を選択的に波長分割多重の光信号が流れる１本の横波長多重光ファイバ１３ｃとしたものである。
【００４９】
この場合、横ループ光ファイバ１３（横波長多重光ファイバ１３ｃ）に連なる計算ノード１１－２の光信号出力部２１および光信号入力部２２も図３と図６の折衷構成となる。すなわち、横ループ光ファイバ１３において、光スイッチ１４－１に接続される経路の端部に位置する計算ノード１１では、光信号出力部２１または光信号入力部２２の一方が図３の構成で、他方が図６の構成となる。
【００５０】
一般的に、波長分割多重方式に用いる合波器２３、分波器２４等を含む光モジュールは高価なため、図７の構成では、光スイッチ１４－１を挿入する計算ノード間のみを波長多重方式を採用する案である。この場合には、比較的に接続ポート１４ａの少ない光スイッチ１４－１を使用できることが長所である。
【００５１】
図８は、上述の図１の構成を、ｙ軸方向に複数配列して構成される３次元のトーラス型接続の並列コンピュータＣ０におけるパーティショニングの実施の形態を示している。なお、図示を分かりやすくするため、ｙ軸方向の接続経路の図示は省略してあるが、ｘ軸、ｚ軸方向と同様に、ループ状の光ファイバで接続されており、光スイッチで分割可能となっている。
【００５２】
なお、図８では、並列コンピュータＣ０を複数の光スイッチ１４にて、複数の並列コンピュータＣ１および並列コンピュータＣ２に分割された状態を示しており、光スイッチ１４を接続状態に設定すれば、全体の計算ノード１１が並列動作する並列コンピュータＣ０が構成される。
【００５３】
図１の２次元トーラス型の場合と同様に、全ての計算ノード１１を並列に動作させる並列コンピュータＣ０と、この並列コンピュータＣ０を、横ループ光ファイバ１３（ｚ軸方向）において、複数の光スイッチ１４にて分離することで、独立な複数の並列コンピュータＣ１および並列コンピュータＣ２を実現することができる。
【００５４】
図９は、複数の計算ノードのツリー型接続におけるパーティショニングの一例を示す概念図である。この図９は、複数の計算ノード１１をファットツリー型で接続した構成例を示している。ここで、電気スイッチ31と電気スイッチ32の間を流れる通信容量は、計算ノード11と電気スイッチ31の間を流れる通信容量を集約した通信容量なので、大きな通信容量が必要となり、波長多重方式を適用するのが望ましい。
【００５５】
すなわち、複数の計算ノード１１は、所定数のグループ毎に、各々が光ファイバ３４を介して電気スイッチ３１（第１スイッチ）に接続され、グループ単位で、筐体３０に収納されている。
【００５６】
電気スイッチ３１は、たとえば、パケットルーティング技術により、筐体３０内に属する複数の計算ノード１１をフルメッシュ接続している。
個々の筐体３０毎の電気スイッチ３１は、さらに、上位の電気スイッチ３２（第２スイッチ）に光ファイバ３５を介して接続されている。光ファイバ３５は、電気スイッチ３１と電気スイッチ３２の間で、たとえば、波長分割多重の光信号を伝送する。
【００５７】
電気スイッチ３２は、電気スイッチ３１の側から光ファイバ３５が接続される複数のポート３２ａの間における、たとえば、パケットルーティング技術により、複数の筐体３０（電気スイッチ３１）間をフルメッシュ接続している。
【００５８】
この場合、光ファイバ３５の経路には、光スイッチ３３（第３スイッチ）が設けられている。この光スイッチ３３は、電気スイッチ３１および電気スイッチ３２の双方から光ファイバ３５が接続される複数の接続ポート３３ｂと、この接続ポート３３ｂ間の光伝送路の切断、および接続経路の設定を行うスイッチマトリクス３３ａと、このスイッチマトリクス３３ａの動作を外部から制御するための分離制御入力部３３ｃを備えている。
【００５９】
そして、本実施の形態の場合には、図９に例示されるように、分離制御入力部３３ｃを操作して、光スイッチ３３を介して、全ての筐体３０を電気スイッチ３２に接続して、全ての筐体３０の全ての計算ノード１１を並列に動作させる高性能の並列コンピュータＣ０を構成することができるとともに、必要に応じて、図１０に例示されるように複数の並列コンピュータに物理的に分割して使用することもできる。
【００６０】
すなわち、図１０の例では、左端の一つの筐体３０の計算ノード１１のグループを電気スイッチ３２から切り離して、独立な並列コンピュータＣ１を構成し、さらに、左端側から二番目と三番目の二つの筐体３０を電気スイッチ３２から切り離してスイッチマトリクス３３ａ内で相互に接続することで、二つの筐体３０からなる並列コンピュータＣ２を構成し、さらに、右端側の三つの筐体３０は光スイッチ３３を介して電気スイッチ３２に接続されることにより、並列コンピュータＣ３を構成している。
【００６１】
すなわち、情報処理システム１０の一つの並列コンピュータＣ０を、光スイッチ３３のスイッチマトリクス３３ａの設定により、図１０のような多様な筐体３０間の分離あるいは接続状態を設定することで、複数の互いに物理的に独立な複数の並列コンピュータＣ１、並列コンピュータＣ２および並列コンピュータＣ３に分割して稼働させることができる。
【００６２】
すなわち、図９および図１０の構成例では、複数の計算ノード１１を筐体３０の単位で束ねる電気スイッチ３１と、さらに、全ての筐体３０を束ねる電気スイッチ３２との間に、光スイッチ３３を挿入することにより、全体の計算ノード１１を並列動作させる並列コンピュータＣ０と、この並列コンピュータＣ０を物理的に分離された複数のネットワーク、即ちセキュリティを確保した複数の並列コンピュータＣ１、並列コンピュータＣ２、並列コンピュータＣ３に分割して稼働させることが可能になる。ここで、上記の図9および図10で示した、電気スイッチ31および電気スイッチ32は一例であり、光パケットスイッチを用いてもかまわない。
【００６３】
図１１は、本実施の形態の情報処理システム１０のさらに他の変形例を示す概念図であり、図１２は、その構成を具現化するための情報処理システムの構成例を示すブロック図である。
【００６４】
図１１の構成例では、複数の計算ノード１１を光ファイバ４２を介して三次元トーラス型に接続するとともに、個々の計算ノード１１の接続経路上に、任意の一つの計算ノード１１を、他の全ての計算ノード１１から切り離すための光スイッチを介在させている。
【００６５】
この図１１の論理的な三次元トーラス型の接続構成は、図１２に例示されるように、光スイッチ４１を用いた二次元的な接続で実現できる。
すなわち、個々の計算ノード１１では、光信号出力部２１および光信号入力部２２の各々に、３次元のｘ，ｙ，ｚの各方向における光信号の入出力を行うために、三つの固定波長光送信器２１ａおよび固定波長光受信器２２ａを備え、個々の固定波長光送信器２１ａおよび固定波長光受信器２２ａは、光ファイバ４２を介して、光スイッチ４１の接続ポート４１ｂに接続されている。
【００６６】
光スイッチ４１は、複数の接続ポート４１ｂの各々の入出力を、ｘ，ｙ，ｚの各軸に対応した他の任意の接続ポート４１ｂに接続するためのスイッチマトリクス４１ａを備えている。このスイッチマトリクス４１ａにおける上述のような個々の接続ポート４１ｂ間の接続設定は、分離制御入力部４１ｃによって外部から制御することが可能である。
【００６７】
たとえば、図１２の例では、全ての計算ノード１１（計算ノードＮ１～Ｎ６）の光信号出力部２１および光信号入力部２２のｘ，ｙ，ｚの各軸の入出力が、光スイッチ４１の内部のスイッチマトリクス４１ａの設定によって、全てループ状に接続され、図１１に例示された論理的な三次元トーラス型接続が実現されている。
【００６８】
そして、たとえば、一つ計算ノード１１（計算ノードＮ５）に障害が発生したり、当該計算ノードＮ５が不要となった場合、当該計算ノードＮ５のみを三次元トーラス接続から切り離す必要がある。その場合、図１３に例示されるように、計算ノードＮ５の光信号出力部２１および光信号入力部２２が接続される複数の接続ポート４１ｂを飛び越して、両隣の計算ノードＮ４と、計算ノードＮ６の光信号出力部２１および光信号入力部２２が直接に接続されるように、スイッチマトリクス４１ａにおける接続経路の設定を行う。
【００６９】
これにより、故障や不要となった計算ノードＮ５のみを三次元トーラス接続から切り離すことができる。
また、三次元トーラス型接続の場合、全ての伝送路を接続したままであると、伝送路の一部がループ構成になり、トラフィックが過剰になる結果、伝送路の容量を超過してリンクダウンが生じる可能性があるが、本実施の形態の場合には、光スイッチ４１によって、個々のアプリケーション毎に要求される計算ノード１１の接続構成に応じて適切なリンクを切断することができ、伝送路のループ構成に起因するリンクダウンを回避することができる。
【００７０】
なお、図１３では、一つの計算ノード１１（計算ノードＮ５）を切り離す例を示したが、複数の計算ノード１１を独立なグループに分割することもできる。
たとえば、図１２において、隣合う計算ノードＮ２と計算ノードＮ３、および計算ノードＮ５と計算ノードＮ６を切り離し、対向する計算ノードＮ２および計算ノードＮ５の光信号出力部２１と光信号入力部２２を接続することで、三次元トーラス接続された複数の計算ノードＮ１、計算ノードＮ２、計算ノードＮ５、計算ノードＮ４からなる独立した並列コンピュータを実現することができる。
【００７１】
以上説明したように、本発明の各実施の形態によれば、複数の計算ノード１１からなる高性能の並列コンピュータＣ０を、必要に応じて光スイッチにて物理的に分離して、独立に並行して稼働可能な複数の並列コンピュータＣ１～Ｃ３を構成し、個々の並列コンピュータＣ１～Ｃ３を異なるユーザに異なる用途（アプリケーションプログラム）にて使用させることができるとともに、個々のユーザが実行するアプリケーションプログラム間での情報漏洩を確実に防止できる。
【００７２】
したがって、高性能を必要とする大規模なアプリケーションプログラムの実行のみならず、複数のユーザによる高いセキュリティでの並行稼働も実現でき、並列コンピュータの多様な運用による稼働率の向上を実現できる。
【００７３】
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
たとえば、上述の各実施の形態では、情報伝送路として光ファイバを用いた例を示したが、メタルケーブルを使用してもよい。
【００７４】
（付記１）
並列コンピュータを構成する複数の計算ノードと、
前記計算ノードを接続する情報伝送路と、
前記情報伝送路に設けられ、複数の前記計算ノードが互いに独立な複数の前記並列コンピュータを構成するように前記情報伝送路を分離する操作を行う分離スイッチと、
を含むことを特徴とする情報処理システム。
【００７５】
(付記２)
付記１記載の情報システムにおいて、
前記分離スイッチは前記情報伝送路を物理的に分離する操作を行うことを特徴とする情報処理システム。
【００７６】
（付記３）
付記１記載の情報処理システムにおいて、
前記情報伝送路はループをなす光通信路からなり、前記光通信路を流れる光信号にて複数の前記計算ノード間の通信が行われ、前記分離スイッチは、前記光通信路の複数のループへの分離および複数の前記ループの併合を行う光スイッチであることを特徴とする情報処理システム。
【００７７】
（付記４）
付記１記載の情報処理システムにおいて、
前記情報伝送路は単一の光通信路からなり、前記光通信路を流れる波長分割多重光信号にて複数の前記計算ノード間の通信が行われ、前記分離スイッチは、波長分割多重光信号が流れる前記光通信路の分離および接続を行う光スイッチであることを特徴とする情報処理システム。
【００７８】
（付記５）
付記１記載の情報処理システムにおいて、
前記情報伝送路は複数本の光通信路からなり、前記分離スイッチと当該分離スイッチに最も近い前記計算ノードとの間を接続する前記光伝送路は選択的に単一化され、選択的に単一化された前記光伝送路では波長分割多重光信号が流れることを特徴とする情報処理システム。
【００７９】
（付記６）
付記１記載の情報処理システムにおいて、
複数の前記計算ノードは、二次元または三次元トーラスを構成するように前記情報伝送路にて接続され、前記分離スイッチにて複数の前記計算ノードは異なる複数の前記二次元または三次元トーラスに属するように分離されることを特徴とする情報処理システム。
【００８０】
（付記７）
付記１記載の情報処理システムにおいて、
個々の前記計算ノードは入力ポートおよび出力ポートを備え、前記分離スイッチは、前記情報伝送路を介して前記入力ポートおよび出力ポートが接続される複数の接続ポートと、任意の前記接続ポート間を接続するスイッチマトリクスを含み、
前記スイッチマトリクスは、複数の前記計算ノードの前記入力ポートおよび出力ポートがループをなすように接続し、個々の前記計算ノードの前記入力ポートおよび出力ポートのペアをスキップして前記ループから外すことにより、個々の前記計算ノードを単位として、前記並列コンピュータからの切り離しが行われるようにしたことを特徴とする情報処理システム。
【００８１】
（付記８）
グループを構成する複数の計算ノードを束ね、前記グループ内における前記計算ノード間の伝送情報の経路制御を行う第１スイッチと、
複数の前記第１スイッチを介して前記グループ単位で前記計算ノードが接続され、複数の前記グループ間における前記計算ノード間の伝送情報の経路制御を行う第２スイッチと、
前記第１スイッチと前記第２スイッチとの間に介在し、個々の前記グループの前記第２スイッチに対する接続の有無を制御する第３スイッチと、
を含むことを特徴とする情報処理システム。
【００８２】
（付記９）
付記８記載の情報処理システムにおいて、
前記第１スイッチと前記第２スイッチとの間は、波長分割多重光信号が伝送される光伝送路で接続され、前記第３スイッチは、前記光伝送路に介在する光スイッチであることを特徴とする情報処理システム。
【００８３】
（付記１０）
付記８記載の情報処理システムにおいて、
前記第３スイッチは、前記第２スイッチから切り離された前記第２スイッチ間を接続する機能を備え、
個々の前記計算ノードは、前記グループを最小構成単位とする互いに独立な複数の並列コンピュータを構成することを特徴とする情報処理システム。
【００８４】
（付記１１）
複数の計算ノードを光伝送路を介して接続することで並列コンピュータとして稼働させる情報処理システムの制御方法であって、
前記光伝送路上に光スイッチを配置する工程と、
必要に応じて前記光伝送路を前記光スイッチにて分離することで、複数の前記計算ノードを複数の互いに独立な前記並列コンピュータとして稼働させる工程と、
を含むことを特徴とする情報処理システムの制御方法。
【００８５】
（付記１２）
付記１１記載の情報処理システムの制御方法において、
前記光伝送路上を伝送される波長分割多重光信号にて、複数の前記計算ノード間における情報の授受を行うことを特徴とする情報処理システムの制御方法。
【００８６】
（付記１３）
グループを構成する複数の計算ノードを前記グループ内における前記計算ノード間の伝送情報の経路制御を行う第１スイッチにて束ね、
複数の前記第１スイッチを、複数の前記グループ間における前記計算ノード間の伝送情報の経路制御を行う第２スイッチにて束ねることで、ファットツリーを構成する情報処理システムの制御方法であって、
前記第１スイッチと前記第２スイッチとの間の情報伝送路に第３スイッチを配置する工程と、
前記第３スイッチによって、個々の前記グループの前記第２スイッチに対する接続の有無を制御することで、前記グループを最小構成とする互いに独立な複数の並列コンピュータを構成する工程と、
を含むことを特徴とする情報処理システムの制御方法。
【００８７】
（付記１４）
付記１３記載の情報処理システムの制御方法において、前記第１スイッチと前記第２スイッチとの間を、波長分割多重光信号が伝送される光伝送路にて接続し、前記第３スイッチとして光スイッチを用いて前記光伝送路の分離の有無により、個々の前記グループの前記第２スイッチに対する接続の有無を制御することを特徴とする情報処理システムの制御方法。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の一実施の形態である情報処理システムの構成の一例を示す概念図である。
【図２】その動作の一例を示す概念図である。
【図３】本発明の一実施の形態である情報処理システムを構成する計算ノードの構成の一例を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施の形態である情報処理システムの変形例を示す概念図である。
【図５】本発明の一実施の形態である情報処理システムの他の変形例を示す概念図である。
【図６】本発明の一実施の形態である情報処理システムを構成する計算ノードの構成の変形例を示すブロック図である。
【図７】本発明の一実施の形態である情報処理システム１０のさらに他の変形例を示す概念図である。
【図８】本発明の一実施の形態である情報処理システムのさらに他の変形例を示す概念図である。
【図９】本発明の一実施の形態である情報処理システムのさらに他の変形例を示す概念図である。
【図１０】本発明の一実施の形態である情報処理システムのさらに他の変形例の作用の一例を示す概念図である。
【図１１】本発明の一実施の形態である情報処理システムのさらに他の変形例を示す概念図である。
【図１２】図１１の構成を具現化するための情報処理システムの構成例を示すブロック図である。
【図１３】図１２の情報処理システムの作用の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０情報処理システム
１１計算ノード
１１－１計算ノード
１１－２計算ノード
１１ａ演算コア
１１ｂメモリ
１１ｃＣＰＵ
１１ｄ通信インターフェイス
１２縦ループ光ファイバ
１３横ループ光ファイバ
１３ａ分離ループ光ファイバ
１３ｂ分離ループ光ファイバ
１３ｃ横波長多重光ファイバ
１４光スイッチ
１４－１光スイッチ
１４ａ接続ポート
１４ｂスイッチマトリクス
１４ｃ分離制御入力部
１５縦波長多重光ファイバ
１６横波長多重光ファイバ
１６ａ分離波長多重光ファイバ
１６ｂ分離波長多重光ファイバ
２１光信号出力部
２１ａ固定波長光送信器
２２光信号入力部
２２ａ固定波長光受信器
２３合波器
２４分波器
３０筐体
３１電気スイッチ
３２電気スイッチ
３２ａポート
３３光スイッチ
３３ａスイッチマトリクス
３３ｂ接続ポート
３３ｃ分離制御入力部
３４光ファイバ
３５光ファイバ
４１光スイッチ
４１ａスイッチマトリクス
４１ｂ接続ポート
４１ｃ分離制御入力部
４２光ファイバ
Ｃ０並列コンピュータ
Ｃ１並列コンピュータ
Ｃ２並列コンピュータ
Ｃ３並列コンピュータ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列コンピュータを構成する複数の計算ノードと、
前記計算ノードを接続する情報伝送路と、
前記情報伝送路に設けられ、複数の前記計算ノードが互いに独立な複数の前記並列コンピュータを構成するように前記情報伝送路を分離する操作を行う分離スイッチと、
を含むことを特徴とする情報処理システム。
【請求項２】
請求項１記載の情報システムにおいて、
前記分離スイッチは前記情報伝送路を物理的に分離する操作を行うことを特徴とする情報処理システム。
【請求項３】
請求項１記載の情報処理システムにおいて、
前記情報伝送路はループをなす光通信路からなり、前記光通信路を流れる光信号にて複数の前記計算ノード間の通信が行われ、前記分離スイッチは、前記光通信路の複数のループへの分離および複数の前記ループの併合を行う光スイッチであることを特徴とする情報処理システム。
【請求項４】
請求項１記載の情報処理システムにおいて、
前記情報伝送路は単一の光通信路からなり、前記光通信路を流れる波長分割多重光信号にて複数の前記計算ノード間の通信が行われ、前記分離スイッチは、波長分割多重光信号が流れる前記光通信路の分離および接続を行う光スイッチであることを特徴とする情報処理システム。
【請求項５】
請求項１記載の情報処理システムにおいて、
複数の前記計算ノードは、二次元または三次元トーラスを構成するように前記情報伝送路にて接続され、前記分離スイッチにて複数の前記計算ノードは異なる複数の前記二次元または三次元トーラスに属するように分離されることを特徴とする情報処理システム。
【請求項６】
請求項１記載の情報処理システムにおいて、
個々の前記計算ノードは入力ポートおよび出力ポートを備え、前記分離スイッチは、前記情報伝送路を介して前記入力ポートおよび出力ポートが接続される複数の接続ポートと、任意の前記接続ポート間を接続するスイッチマトリクスを含み、
前記スイッチマトリクスは、複数の前記計算ノードの前記入力ポートおよび出力ポートがループをなすように接続し、個々の前記計算ノードの前記入力ポートおよび出力ポートのペアをスキップして前記ループから外すことにより、個々の前記計算ノードを単位として、前記並列コンピュータからの切り離しが行われるようにしたことを特徴とする情報処理システム。
【請求項７】
グループを構成する複数の計算ノードを束ね、前記グループ内における前記計算ノード間の伝送情報の経路制御を行う第１スイッチと、
複数の前記第１スイッチを介して前記グループ単位で前記計算ノードが接続され、複数の前記グループ間における前記計算ノード間の伝送情報の経路制御を行う第２スイッチと、
前記第１スイッチと前記第２スイッチとの間に介在し、個々の前記グループの前記第２スイッチに対する接続の有無を制御する第３スイッチと、
を含むことを特徴とする情報処理システム。
【請求項８】
請求項７記載の情報処理システムにおいて、
前記第１スイッチと前記第２スイッチとの間は、波長分割多重光信号が伝送される光伝送路で接続され、前記第３スイッチは、前記光伝送路に介在する光スイッチであることを特徴とする情報処理システム。
【請求項９】
複数の計算ノードを光伝送路を介して接続することで並列コンピュータとして稼働させる情報処理システムの制御方法であって、
前記光伝送路上に光スイッチを配置する工程と、
必要に応じて前記光伝送路を前記光スイッチにて分離することで、複数の前記計算ノードを複数の互いに独立な前記並列コンピュータとして稼働させる工程と、
を含むことを特徴とする情報処理システムの制御方法。
【請求項１０】
グループを構成する複数の計算ノードを前記グループ内における前記計算ノード間の伝送情報の経路制御を行う第１スイッチにて束ね、
複数の前記第１スイッチを、複数の前記グループ間における前記計算ノード間の伝送情報の経路制御を行う第２スイッチにて束ねることで、ファットツリーを構成する情報処理システムの制御方法であって、
前記第１スイッチと前記第２スイッチとの間の情報伝送路に第３スイッチを配置する工程と、
前記第３スイッチによって、個々の前記グループの前記第２スイッチに対する接続の有無を制御することで、前記グループを最小構成とする互いに独立な複数の並列コンピュータを構成する工程と、
を含むことを特徴とする情報処理システムの制御方法。