Inter-node message passing in the optical disaggregated memory scenario

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Palma, Maurício Gagliardi, 1991-
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: [s.n.]
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Memória desagregada
Computação distribuída
Redes ópticas
Arquitetura de computador
Sistemas de memória de computadores
Disaggregated memory
Distributed computing
Optical networks
Computer architecture
Computer storage devices
ODS: 9. Indústria, inovação e infraestrutura
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.12733/33050
Resumo: Orientador: Rodolfo Jardim de Azevedo
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Adicional a isso, é comum que usuários não saibam com precisão a demanda de espaço de armazenamento de suas aplicações, o que os leva a superestimar o requisito deste recurso, pois a insuficiência de memória degrada substancialmente o desempenho ou mesmo provoca a falha do programa. Dessa maneira, a boa gestão da utilização de memória em um cluster de computadores se torna um desafio. Uma solução que busca melhorar esta utilização é desagregar (separar) a memória dos computadores dos demais componentes, permitindo que consigamos conectar e desconectar essas memórias de uma melhor maneira, adaptando esse recurso para especificamente o necessário para cada aplicação. Na prática, o desagregar neste contexto se traduz em permitir que memórias externas, além das já conectadas à placa-mãe do computador, sejam alocadas ao computador. Isto não é algo trivial, considerando os padrões de desempenho que são impostos ao canal de memória. Nesta tese, são apresentadas duas pesquisas que buscam contribuir com a adoção de memória desagregada. A primeira envolve a avaliação de uma solução para desagregar a memória, chamada Optically Connected Memory (OCM), que consiste em criar uma conexão óptica entre o controlador de memória, que se encontra no processador, e a memória principal. OCM permite que o canal de memória tenha um comprimento na ordem de metros (até 6 metros contando a ida e a volta em nossa avaliação) mantendo os requisitos de largura de banda impostos pelo padrão DDR. Nossos resultados mostram que a OCM consegue ter um desempenho até 5,5x maior quando comparada a desagregar a memória utilizando uma rede convencional com desempenho de 40 Gb. A segunda pesquisa é sobre o protocolo Flexible Memory Unit (FMU), que é um novo protocolo de envio de mensagem entre computadores. O protocolo FMU utiliza de memórias desagregadas via OCM. Dessa maneira, ele é capaz de utilizar a largura de banda do padrão DDR para efetuar essa comunicação, acelerando o envio de mensagens. Adicional a esse ganho na largura de banda, a memória desagregada serve como um buffer dedicado para o armazenamento de mensagens, o que permite que os envios das mensagens sejam feitos de forma imediata pelo computador que as envia. Em nossos resultados, o protocolo FMU apresentou ganhos de até 5,18x na execução de aplicações totalmente dependentes do desempenho da comunicação, e ganhos de até 1,22x na execução de aplicações em que a comunicação tem menor impacto no desempenhoAbstract: Main memory is a crucial resource, as it must present low access timing, high bandwidth and enough storage space. Furthermore, users tend to overestimate their workloads demand for storage space, which leads to the underutilization of the memory and increased resource fragmentation in computer clusters. One particular solution to keep the development of main memory and enhance its utilization is to disaggregate the memory resource from the computer node. Memory disaggregation consists in making the allocation of memory resource to a computer more dynamic, adjusting main memory space accordingly to the current workload. The adoption of disaggregated memory is a challenge, mainly to keep the latency and bandwidth requirements for main memory. In this thesis, we present two studies to advance the adoption of disaggregated memory. First, we present the evaluation of the Optically Connected Memory (OCM), that consists in creating an optical connection between the processor and main memory. OCM allows the creation of a memory channel for rack-scale distances (up to 6 meters roundtrip in our evaluation), while maintaining DDR bandwidth requirements. Our results show that OCM presents a gain of performance up to 5.5x when compared to a 40 Gb network solution. Our second research regards the Flexible Memory Unit (FMU) protocol, that consists in accelerating inter-node message passing among nodes that have access to a same pool of disaggregated memory. By using the OCM solution for memory disaggregation, the FMU protocol can harness the bandwidth performance from the DDR interface, that is higher than the bandwidth of network solutions. Additionally, disaggregated memory acts as a dedicated intermediate buffer in the FMU protocol, which allows early-send of messages of bigger sizes than traditional protocols. In our results, the FMU protocol achieved gains of up to 5.18x when executing communication-bound applications and up to 1.22x when executing computing-intensive applicationsAbertoDoutoradoCiência da ComputaçãoDoutor em Ciência da ComputaçãoCAPES001CNPQ142016/2020- 9[s.n.]Azevedo, Rodolfo Jardim de, 1974-Baldassin, Alexandro JoséLejbman, Alfredo Goldman VelWanner, Lucas FranciscoYviquel, Hervé CédricUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de ComputaçãoPrograma de Pós-Graduação em Ciência da ComputaçãoUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASPalma, Maurício Gagliardi, 1991-2025info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (126 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/33050PALMA, Maurício Gagliardi. Inter-node message passing in the optical disaggregated memory scenario. 2025. 1 recurso online (126 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Instituto de Computação, Campinas, SP. Disponível em: 20.500.12733/33050. Acesso em: 27 abr. 2026.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1506491https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1506491Cover: https://repositorio.unicamp.br/capa/capa?codigo=1506491engreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2026-03-11T12:55:08Zoai::1506491Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2026-03-11T12:55:08Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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