Cycle Extendability of Torus Sub-Graphs in the Enhanced Pyramid Network

The pyramid graph is well known in parallel processing as a interconnection network topology based on regular square mesh and tree architectures. The enhanced pyramid graph is an alternative architecture by exchanging mesh into the corresponding torus on the base for upgrading performance than the pyramid. In this paper, we adopt a strategy of classification into two disjoint groups of edges in regular square torus as a basic sub-graph constituting of each layer in the enhanced pyramid graph. Edge set in the torus graph is considered as two disjoint sub-sets called NPC(represents candidate edge for neighbor-parent) and SPC(represents candidate edge for shared-parent) whether the parents vertices adjacent to two end vertices of the corresponding edge have a relation of neighbor or sharing in the upper layer of the enhanced pyramid graph. In addition, we also introduce a notion of shrink graph to focus only on the NPC-edges by hiding SPC-edges within the shrunk super-vertex on the resulting shrink graph. In this paper, we analyze that the lower and upper bounds on the number of NPC-edges in a Hamiltonian cycle constructed on $2^n{\times}2^n$ torus is $2^{2n-2}$ and $3{\cdot}2^{2n-2}$ respectively. By expanding this result into the enhanced pyramid graph, we also prove that the maximum number of NPC-edges containable in a Hamiltonian cycle is $4^{n-1}$-2n+1 in the n-dimensional enhanced pyramid.

개선된 피라미드 네트워크에서 토러스 부그래프의 사이클 확장성

피라미드 그래프는 병렬처리 분야에서 정방형 메쉬와 트리 구조를 기반으로 하는 상호연결망 위상으로 잘 알려져 있다. 개선된 피라미드 그래프는 이러한 피라미드 그래프보다 성능을 향상시키기 위해 메쉬를 토러스로 대체시킨 구조를 말한다. 본 논문에서는 개선된 피라미드 그래프의 각 계층을 형성하고 있는 기반 부-그래프로서의 정방형 토러스 그래프의 간선들을 두 개의 서로 다른 그룹으로 분류하는 전략을 채택한다. 토러스 그래프 내의 간선 집합은 해당 간선의 양 끝 정점들에 인접된 부모 정점들이 상위 계층에서 서로 인접하는지 아니면 공유하는 관계 인지에 따라 각각 NPC-간선과 SPC-간선이라 불리는 두 개의 서로 다른 부분집합으로 나누어 고려한다. 아울러 원래 그래프에서의 SPC-간선들을 압축된 결과 그래프에서는 압축된 슈퍼-정점 내부로 은닉시킴으로써 NPC-간선들에 대해서만 초점을 맞추도록 하기 위해 압축 그래프의 개념을 소개한다. 본 연구에서는 $2^n{\times}2^n$ 2-차원 정방형 토러스 내에서 헤밀톤 사이클 구성 시 포함할 수 있는 NPC-간선 개수의 하한 및 상한이 각각 $2^{2n-2}$와 $3{\cdot}2^{2n-2}$임을 분석한다. 이 결과를 개선된 피라미드 그래프로 확장시킴으로써 개선된 n-차원 피라미드 그래프 내에서 헤밀톤 사이클에 포함할 수 있는 NPC-간선의 최대 개수는 $4^{n-1}$-2n+1 개임을 증명한다.