在高性能计算机中,高性能互连网络具有十分重要的作用,为了系统整体的性能提升和扩展,需要设计高可扩展、高吞吐率、低延迟和低成本的互连网络。随着微处理器技术的发展,处理节点的计算能力得以显著提高,片外带宽也不断地增加,相比起传统的低阶路由器结构,将大规模的互连网络搭建在高阶路由器上利用这些带宽能够获得更好的性能和可扩展性。如果只是单纯扩展单级交叉开关结构的端口数量,路由器内部连线资源将会迅速地增长,实现代价也不可接受。以YARC为代表的层次化结构一度成为高阶路由芯片内部设计的主流,但是这种结构在实现的时候需要过多缓存和线路数量,难以很好地扩展。多级互连的网络化方法能够降低布线密度,利于设计和扩展。基于上述问题,本文对高阶路由器结构的设计主要采用多级交换网络的方法,将从以下三个方面进行研究:1.深入了解高性能互连网络和高阶路由器的发展现状,对传统的路由器结构设计方法进行分析总结。深入研究当前高阶路由器研究所面临的局限和挑战,对已有结构的路由算法,仲裁策略、功耗、性能和可扩展性等进行调研和分析,为设计高效的路由器结构奠定基础。2.基于对高阶路由器目前研究现状和各种结构特点的分析结果,首先提出了一种多级无缓存的高阶路由器结构,并结合路由器内部所采用的Clos网络设计了针对报文请求的三级仲裁策略。将端口数为136的路由器搭建成高阶网络,利用Booksim模拟器进行测试,网络运行良好。3.基于无缓存高阶路由器的相关工作和多级交换网络的方法,我们在Clos网络的所有switch端口虚通道上都加上缓存,设计并实现了一种新的高阶路由器。接着将路由器通过Flattened Butterfly拓扑互连起来形成新的高阶网络。两种网络在均匀流量模式和随机流量模式下性能分析的结果显示,延迟随着网络中缓存深度的增加而减小,在相同的注入率和缓存深度下,无缓存网络的延迟比有缓存网络的延迟要高。综上所述,本文围绕“高阶路由器结构设计与分析”这一目标,基于对高阶路由器结构研究发展的调研和各种结构特性的分析,利用多级交换网络的方法设计了新的高阶路由器结构,并对其进行了性能测试和分析。因此,本文研究并解决了新型高阶路由器结构设计的一些实际问题,具有一定的工程价值和理论意义。