Untitled Document
Postpakketjes en switch-design
Switch-design/Enith Vlooswijk
Foto/Bart van Overbeeke
Zonder adequate schakels op het computernetwerk bereiken
onze chatberichten en MP3-files nooit de gewenste bestemming.
Cyriel Minkenberg deed onderzoek naar de verbetering van deze
netwerkknooppunten. Op dinsdag 25 september verdedigde hij zijn
proefschrift.
 Elektrotechnisch onderzoek laat
zich zelden gemakkelijk uitleggen. De onderwerpen zijn weinig
tastbaar en het jargon ontmoedigt de meest geïnteresseerde
leek. Cyriel Minkenberg (28) is één van de zeldzame
wetenschappers die gecompliceerde technologie op eenvoudige wijze
weet te beschrijven. In een handomdraai vat hij zijn onderzoek
samen: "Het is, denk ik, het best te vergelijken met een
stroom postgoederen. Verzonden pakketjes komen samen in een postkantoor,
vanwaar ze worden doorgestuurd in verschillende richtingen. Omdat
veel pakketjes tege-
lijkertijd het kantoor binnenkomen, worden ze tijdelijk opgeslagen
in magazijnen. Na sortering gaan ze naar de uiteindelijke bestemming."
Het postkantoor waar Minkenberg over spreekt, betreft in werkelijkheid
een netwerkknooppunt, een switch, die digitale informatiebrokjes
op een computernetwerk in de goede richting stuurt. De snelheid
waarmee dit gebeurt, bepaalt in grote mate de snelheid waarmee
computers met elkaar kunnen communiceren. In de vier jaar dat
Minkenberg onderzoek deed bij het Zürich Research Laboratory
(ZRL) van IBM, ontwierp hij een verbeterde architectuur voor netwerkknooppunten.
De postbeamten uit het voorbeeldverhaal staan voor de keuze: ze
kunnen alle pakketten bij binnenkomst in hetzelfde magazijn dumpen,
en ze vervolgens één voor één doorsturen.
Dat is makkelijk en goedkoop, omdat er maar één
groot magazijn voor nodig is. Helaas kost deze methode erg veel
tijd. Er bestaat een alternatief: de post kan in afzonderlijke
magazijnen gesorteerd worden naar bestemming. Zo hoeft een pakket
met bestemming A niet te wachten op de verzending van post met
andere bestemmingen. Dit systeem kost echter meer ruimte en dus
meer geld.
De keuze voor één magazijn voor alle binnenkomende
post óf verschillende magazijnen voor de uitgaande post,
correspondeert met een belangrijk dilemma in Minkenbergs onderzoek.
"De digitale informatie die een switch moet doorsluizen,
is zo omvangrijk dat deze tijdelijk wordt opgeslagen in buffers",
vertelt Minkenberg. "Oorspronkelijk bestonden er twee soorten
architecturen voor netwerkknooppunten: ofwel met buffers aan de
ingang, danwel met buffers aan de uitgang. De benodigde bandbreedte
voor ingangsbuffers is veel lager dan die voor uitgangsbuffers.
Eerstgenoemde zijn daardoor goedkoper. Uitgangsbuffers werken
echter veel sneller, omdat informatiebrokken met verschillende
bestemmingen elkaar niet blokkeren."
Er bestaan manieren om de nadelen van de genoemde opslagmethoden
te verminderen. Het aantal dure uitgangsbuffers kan bijvoorbeeld
worden teruggebracht door ze te implementeren in de vorm van een
gedeeld geheugen (shared memory). In termen van het postverhaal
houdt dit in dat alle magazijnen continu gebruikt kunnen worden
voor post van welke bestemming dan ook. Het probleem van de ingangsbuffer,
de blokkering van verschillende informatiepakketten, is te voorkomen
door de pakketten reeds bij binnenkomst te sorteren op uitgang:
het zogenaamde VOQ-systeem (Virtual Output Queuing). Helaas zorgt
dit systeem voor een nieuw probleem: er is een complexe (lees:
dure) chip nodig die dit sorteerproces coördineert.
Overbodig
Het onderzoek van Minkenberg is gericht op de gecombineerde toepassing
van ingangs- en uitgangsbuffers. Zijn vernieuwde knooppuntarchitectuur
buit de voordelen uit van beide opslagmethodes, zonder ten onder
te gaan aan de genoemde nadelen. Door het sorteersysteem aan de
ingang te koppelen aan een beperkt aantal uitgangsbuffers, wordt
de coördinerende chip overbodig. Een intern flow-control
signal, qua functie vergelijkbaar met een stoplicht, geeft aan
wanneer de informatie vanuit de ingangen doorgestuurd kan worden
naar de uitgangen. Uit simulaties blijkt dat deze architectuur
betere prestaties levert bij netwerken die grote hoeveelheden
complexe informatie vanuit één computer razendsnel
doorsturen naar verscheidene andere computers.
Toegegeven, switches met zowel ingangs- als uitgangsbuffers bestonden
al langer. De conventionele netwerkknooppunten hadden echter geen
sorteersysteem aan de ingang, waardoor ze slechter presteerden.
Een niet geringe vooruitgang, zou de leek opmerken. Minkenberg
haast zich dat te relativeren: "Wat ik heb gedaan, is niet
revolutionair. Dit soort onderzoek gebeurt al geruime tijd op
veel plaatsen. Ik heb alleen een kleine verbetering bedacht, in
samenwerking met mijn collega's van het ZRL. Eigenlijk is het
een evolutionaire uitvinding."
Evolutionair of baanbrekend, het onderzoek van Minkenberg heeft
IBM geen windeieren gelegd. De huidige generatie IBM-switches
is ontworpen volgens Minkenbergs architectuur. Bovendien heeft
het onderzoek geleid tot een succesvol product dat al aan een
groot aantal bedrijven is verkocht. De mogelijkheid om zijn onderzoek
toegepast te zien op de markt was één van de redenen
waarom Minkenberg koos voor promotieonderzoek buiten de grenzen
van het TU/e-terrein. "Het was een unieke kans voor mij,
want het ZRL is één van de meest vooraanstaande
onderzoekslaboratoria in Europa. Op de universiteit had ik dit
soort onderzoek ook kunnen doen, maar dan was er niet de stap
geweest naar het maken van een product. In Zürich kreeg ik
die kans wel."
Ondanks zijn enthousiasme ziet Minkenberg ook nadelen in het doen
van onderzoek binnen een bedrijf. "Je hebt minder onderzoeksvrijheid.
De glorietijd van de jaren zeventig, de doe-maar-raak-periode,
is echt voorbij. Wat je doet, moet winstgevend zijn en binnen
twee of drie jaar toegepast kunnen worden. Verder is een bedrijf
sterker gebonden aan economische cycli. Als het rommelt op de
markt, is er meteen minder geld voor extra's zoals conferenties.
Daar staat natuurlijk tegenover dat er op de universiteit altijd
een gebrek is aan geld."
Gevraagd naar het verschil in sfeer tussen het onderzoekslaboratorium
en de TU/e, vervalt Minkenberg in een stilzwijgend gepeins. Met
zijn armen achter het hoofd gevouwen hangt hij een minuut lang
naar achteren, voordat hij aarzelend antwoord geeft. "Er
is een verschil in teamgeest. Op de universiteit werk je vaker
alleen of met een mentor aan een specifiek thema. In Zürich
zit je met een groep vast aan een bepaald doel. De focus daarop
is sterker, er moeten sneller resultaten komen." Ontspannen
neemt hij een slok van zijn thee. "Soms leveren die deadlines
ook wel stress op."
Kortzichtigheid
Dat Minkenberg hart heeft voor de wetenschap, blijkt niet alleen
uit de gedrevenheid waarmee hij vertelt over zijn onderzoek. In
één van de stellingen die hij op 25 september verdedigde,
bekritiseert hij impliciet de kortzichtigheid waaraan wetenschappers
zich soms schuldig maken. "Als er vanuit een gere-nommeerd
instituut publicaties verschijnen over een nieuw probleem, verschijnt
er vaak binnen korte tijd een vloed aan publicaties over hetzelfde
onderwerp. Regelmatig worden bestaande oplossingen dan achteloos
onder het vloerkleed geveegd. Het opnieuw overwegen van bestaande
concepten kan verrassende resultaten opleveren." Zijn eigen
onderzoek bevestigt volgens Minkenberg deze stelling. "Uitgangsbuffers
werden universeel voor niet haalbaar verklaard, waar dan ook in
elke publicatie driftig op werd gewezen. Als je echter een gering
aantal uitgangsbuffers combineert met een handige organisatie
van de ingangsbuffers, zorgt dit voor een heel andere kijk op
het probleem en een verrassende oplossing."
Een vast contract bij het ZRL, een duurzame relatie en een nieuwe
vriendenkring binden hem inmiddels aanwat hij 'het land van de
stembus' noemt. "Zwitserland is een speciaal land, en niet
alleen vanwege de vier talen. Over alles en op elk niveau wordt
gestemd. Als je het ergens niet mee eens bent, kun je heel gemakkelijk
een referendum organiseren. Het gevolg is wel dat het een vrij
conservatief land is."
Glimlachend vertelt Minkenberg over de verschillen met zijn eigen
cultuur, over de Zwitserse striktheid en het verbod om buiten
de auto te wassen. Voordat hij er terugkeerde, moest hij zijn
proefschrift nog verdedigen. Een opgave waarover hij daags ervoor
met een zichtbaar nerveus lachje vertelt. "Je kunt zeggen
dat het een formaliteit is, niet meer dan een ceremonie. Je doet
het echter maar eens in je leven. Voor mij is het belangrijk,
omdat het een punt zet achter vier jaar van mijn leven. Een mooie
afsluiting."/.
|
