[發明專利]具有容錯功能的熱量均衡片上網絡路徑選擇方法

有效

• 申請號: 201110318458.8
• 申請日: 2011-10-19
• 公開（公告）號: CN102387077A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 顧華璽;王軍輝;楊銀堂;王琨
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L12/56
• 分類號: H04L12/56
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于網絡通信技術領域，涉及片上網絡NoC通信，特別是一種具有容錯功能的熱量均衡片上網絡路徑選擇方法。該方法可實現片上網絡數據的高效傳輸，確保片上網絡熱量均衡，提高芯片的使用壽命，同時可滿足容錯、負載均衡與服務質量的多方面要求。

背景技術

隨著半導體集成電路技術的飛速發展與新型半導體材料技術的不斷進步，片上系統SoC已成為了微電子領域的焦點。但隨著芯片集成度的急劇增加，片上系統越發的復雜，在時延、吞吐、能耗、可靠性與可擴展性等方面受到了巨大的挑戰。片上網絡的提出有效的解決了片上系統的諸多問題，受到了業界的廣泛關注。代表性產品有Tilera公司的64核芯片Tile?64，英特爾公司的80核芯片Teraflop與單芯片48核云計算機SCC等，這些產品均采用了最常見的Mesh拓撲結構。

路徑選擇方法確定分組從源節點到目的節點的傳輸路徑，是設計高性能片上網絡的關鍵問題之一。路徑選擇方法的優劣在很大程度決定了片上網絡的性能。國內外研究人員已經對片上網絡路徑選擇方法做出了大量的研究，但對于熱量這一關鍵問題并沒有太多研究。熱量均衡是影響芯片性能的重要因素之一，熱量過高時半導體器件無法正常工作，導致芯片性能下降甚至損壞。

Zhiliang?Qian等人在文章“A?thermal-aware?application?specific?routing?algorithm?for?Network-on-Chip?design”(the?16th?Asia?and?South?Pacific?Design?Automation?Conference，2011)中提出了一種降低節點峰值溫度的負載均衡路徑選擇方法。該方法根據業務流量及鏈路帶寬限制得到流量在多條最短路徑上的最優分配比例與選擇下一跳節點的概率，并寫入路由表。通過均衡網絡負載，降低節點的峰值溫度，防止芯片因溫度過高受損。該方法的不足之處是：第一，源路由不能適應網絡狀態的變化，流量發生變化會導致網絡性能下降；第二，片上網絡的面積與能耗受到嚴格限制，路由表將增加面積與能耗的開銷，不適合片上網絡；第三，整個工作時間內的負載均衡不等價于溫度均衡，短時間內處理大量的分組也會導致節點溫度過高；第四，不具備容錯功能，節點發生故障后整個芯片無法工作。

Chih-Hao，Chao等人在文章“Traffic-and?Thermal-Aware?Run-Time?Thermal?Management?Scheme?for?3D?NoC?Systems”(the?Fourth?ACM/IEEE?International?Symposium?on?Networks-on-Chip，2010)中提出了一種根據溫度實現負載控制的三維片上網絡路徑選擇方法。該方法在溫度過高時逐層關閉節點以降低芯片溫度。當某一節點層被關閉后，該層所有分組垂直向下傳輸后在正常工作的節點層上水平傳輸，最后垂直向上傳輸到達目的節點。該方法的不足之處是：第一，關閉整個節點層具有一定的盲目性；第二，被關閉的節點層上的分組時延較大；第三，溫度檢測器增加面積開銷與路由器結構的復雜度。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有方法的不足，提出一種具有容錯功能的熱量均衡片上網絡路徑選擇方法，以確保片上網絡的熱量均衡、增加容錯功能并降低高優先級分組的時延。

實現本發明目的的技術思路是，綜合考慮輸出端口對應的下一跳節點的歷史狀態與當前狀態以避免節點狀態信息過時或不全面，并結合故障節點的位置信息得到輸出端口選擇代價，選擇代價小的端口以實現片上網絡的熱量均衡。當出現故障節點時，將部分正常工作的節點關閉，形成規則的矩形故障區域，采用最短繞道路徑選擇方法繞過故障區域以實現容錯功能。對于溫度超過晶體管工作范圍的高溫節點，僅允許高優先級分組通過高溫節點以降低高優先級分組的時延。該路徑選擇方法包括如下步驟：

(1)從當前節點寄存器中讀取當前節點的坐標(C_x，C_y)與當前節點類型值N；根據節點類型值判斷節點類型：當N＝0時，當前節點為偽故障環上的節點，當N＝2時，當前節點為故障環上節點，當N＝1時，當前節點為普通節點；所述的偽故障環為溫度超過晶體管工作范圍的高溫節點外圍由節點與鏈路組成的環路，所述的故障環為故障節點外圍由節點與鏈路組成的環路；