[發明專利]一種眾核處理器片上網絡實時通信時間戳方法及系統

在審

• 申請號: 201310700721.9
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103631752A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 陳小文;阿克塞爾·詹奇;惠志達;魯中海
• 申請（專利權）人: 無錫美森微電子科技有限公司
• 主分類號: G06F15/173
• 分類號: G06F15/173
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 宋敏

技術領域

本發明涉及通信技術領域，具體地，涉及眾核處理器中片上網絡的實時通信技術，特別是面向大量通信請求延遲和競爭的眾核片上網絡環境；進一步地，涉及到如何通過給網絡通信打上時間戳并開發相應的軟硬件來提出一種在眾核處理器中支持實時通信的系統解決方法，即涉及一種眾核處理器片上網絡實時通信時間戳方法及系統。

背景技術

集成電路技術的迅猛發展使得在單顆芯片上能夠集成大量的計算和存儲資源，形成更強功能、更大容量和更靈活的片上系統（System-on-Chip，簡稱SoC）。SoC已經從只有單個順序處理器核發展到集成多個并行處理器核，進入了多核（multi-core）甚至眾核（many-core）時代。國際半導體藍圖組織（ITRS）預測，在未來十年內，消費電子固定設備中處理器核數目將由約20增加到約250，消費電子移動設備中處理器核數目更是由約90?增加到約900。此外，隨著芯片規模的擴大，傳統的總線互連方式在帶寬、頻率和功耗上可擴展性差。片上大量計算和存儲資源的并發工作需要并發流水的通信工作模式而非串行化的通信工作模式。因而，片上網絡（Nework-on-Chip，簡稱NoC）由于良好的可擴展性逐漸成為在單個芯片上連接眾多資源的較佳解決方案。因此，基于片上網絡架構的眾核處理器成為SoC的發展主流。與單核處理器和多核處理器相比，基于片上網絡架構的眾核處理器集成了更多的存儲和計算資源，是支撐片上高性能大規模并行計算的有效途徑。

（1）在眾核處理器中，隨著系統規模的擴大和片上資源的增多，網絡通信量急劇增加，網絡平均路由路徑的增加和網絡報文之間競爭的加劇使得報文在網絡中傳輸時間的不確定性增大。例如，在采用蟲孔路由的片上網絡中，報文的無沖突延時包含兩部分：報文頭傳輸延時和后續微片（flit）連續傳輸延時。如公式(1)所示，????????????????????????????????????????????????是一個報文在片上網絡中傳輸所花費的時間，h_i,j是結點i到結點j之間的跳步數，t_c為無擁塞時一個微片通過一個開關和一條鏈路所需要的時間，L為報文所包含的微片的數目，b為鏈路帶寬。如公式(1)：

????????????????????(1)；

在考慮網絡沖突的片上網絡中，引入t_w這一參數。t_w表示存在擁塞時報文頭在開關節點處平均等待時間。公式(1)將變為公式(2)：

?????????????????(2)。

在眾核處理器中，由于網絡規模大和節點個數多，網絡平均路由距離增加（體現為h_i,j變大）和網絡通信競爭加大（體現為t_w變大），最終使得一個報文在片上網絡中的傳輸時間增大，而不同報文傳輸延遲的差異性加大。

（2）高性能大規模并行計算廣泛應用于雷達、聲納、通信、多媒體等諸多國防和民用領域。這些領域的相關算法通常都是高計算密集性、高存儲密集性和高實時性。例如，圖像處理以像素為操作單位，運算量巨大。在圖像制導方面，為了保證精確制導，需要將圖像處理時間嚴格控制在一定的時間范圍內。在無線通信基站應用中，不斷增加的數據傳輸率需求促進了對處理器計算性能需求的提高，先進的編碼和調制解調制算法的采用，也大大增加了軟件無線電的計算復雜度，同時還要保證無線通信的實時性。在視頻多媒體應用中，H.264?中采用的諸多增強編碼效率的新工具使得編碼器的計算復雜度急劇上升。不斷增加的新型應用類型和圖像清晰度需求，特別是三維TV和甚高清晰度視頻等應用和需求的出現，使得H.264的計算復雜度進一步增大。同時為了保證視頻播放的流暢，需要嚴格控制視頻編解碼時間。