[發(fā)明專利]一種面向片上網(wǎng)絡(luò)的片間互連方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911374246.4
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN111131091B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖文康;鄧慧鵬;羅毅;肖山林;虞志益
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: H04L12/931
• 分類號: H04L12/931
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 何文聰

本發(fā)明公開了一種面向片上網(wǎng)絡(luò)的片間互連方法與系統(tǒng)，其中方法包括以下步驟：通過路由器獲取發(fā)送端數(shù)據(jù)包；對所述數(shù)據(jù)包進(jìn)行信息處理并存入到虛擬通道中；對處理后的信息進(jìn)行仲裁，選擇目標(biāo)虛擬通道完成數(shù)據(jù)傳輸和生成命令包；根據(jù)所述命令包更新虛擬通道狀態(tài)；根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和/或命令包進(jìn)行編碼和擾碼，將完成編碼和擾碼的數(shù)據(jù)和/或命令包轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)發(fā)送至接收端；本方法通過虛擬通道以及仲裁的方式，將原本數(shù)據(jù)包中的無用信息轉(zhuǎn)換為有用的片間編碼信息，可以滿足片上網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先級以及多播的要求，不會(huì)因?yàn)楦邇?yōu)先級阻塞而導(dǎo)致低優(yōu)先級阻塞，降低了數(shù)據(jù)編碼開銷，提高有效數(shù)據(jù)傳輸效率，可廣泛應(yīng)用于集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是一種面向片上網(wǎng)絡(luò)的片間互連方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

片上網(wǎng)絡(luò)network-on-chip(NoC)：片上系統(tǒng)system-on-chip(SoC)的一種新的通信方法，它是多核技術(shù)的主要組成部分。

虛擬通道：虛擬通道(VC)是一種通信電路，它可以在兩個(gè)或多個(gè)端點(diǎn)之間傳送ATM信元；ATM是一種面向分組的技術(shù)，其分組稱為信元，ATM信元由信元頭和凈荷(Payload)兩部分構(gòu)成。信元頭中包含信元控制信息，凈荷用于承載用戶的數(shù)據(jù)。

狀態(tài)機(jī)：狀態(tài)機(jī)由狀態(tài)寄存器和組合邏輯電路構(gòu)成，能夠根據(jù)控制信號按照預(yù)先設(shè)定的狀態(tài)進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移，是協(xié)調(diào)相關(guān)信號動(dòng)作、完成特定操作的控制中心。

總線(Bus)：計(jì)算機(jī)各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是由導(dǎo)線組成的傳輸線束，按照計(jì)算機(jī)所傳輸?shù)男畔⒎N類，計(jì)算機(jī)的總線可以劃分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，分別用來傳輸數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)地址和控制信號。

早期，芯片內(nèi)的模塊或芯片間通信是以并行的方式進(jìn)行傳輸?shù)?，因?yàn)椴⑿形粚挻?，同頻下速率明顯比穿行有優(yōu)勢。但隨著接口頻率的提高，clock skew(時(shí)鐘偏移)、dataskew(數(shù)據(jù)偏移)、skew between data and clock(在數(shù)據(jù)和時(shí)鐘間的偏移)以及噪聲和布線等一系列問題限制了數(shù)據(jù)位寬的持續(xù)增加。源同步接口的時(shí)鐘頻率已經(jīng)遇到瓶頸，由于信道(channel)的非理想特性，在繼續(xù)提高頻率，信號會(huì)被嚴(yán)重?fù)p傷，此時(shí)串行總線由于通信速率的發(fā)展需求又回到了人們的視野中。串行總線比并行總線擁有更少的管腳數(shù)信號數(shù)，所以能夠降低互連難度和PCB(印刷線路板)走線難度。因?yàn)殡S著傳輸帶寬需求的提升，并行總線需要滿足總線信號線走線等長約束需求，對EMI(電磁干擾)以及串?dāng)_提出了更苛刻的要求。相比較而言，隨著時(shí)鐘恢復(fù)技術(shù)以及均衡等技術(shù)的發(fā)展，串行總線速率卻能越來越高。同時(shí)，串行總線能夠具有更強(qiáng)抗干擾能力，傳輸距離更遠(yuǎn)，適用于不同媒介傳輸(光纖、無線等)。采用高速串行總線的代價(jià)是采用高速信號傳輸，對PCB材質(zhì)、信號完整性、抗干擾能力提出了更高的要求。串行總線通信包含兩部分：模擬電路和數(shù)字電路。模擬電路部分通常使用SerDes(Serializer/Deserializer，串行器和解串器)進(jìn)行解決，而數(shù)字部分則由協(xié)議所規(guī)定。

目前主流高速協(xié)議缺點(diǎn)如下：

a.沒有面向片上網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的片間協(xié)議。雖然片上網(wǎng)絡(luò)很好地滿足了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分布式多核互連的需求，但目前沒有面向片上網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的片間協(xié)議。

b.各層數(shù)據(jù)編碼開銷非常大，以傳輸256字節(jié)數(shù)據(jù)為例，以太網(wǎng)打包效率為79％，PCIE為92％，Rapid I/O(4X)為92-94％。(打包效率指有效載荷長度與總包長的比率，且不考慮物理層編碼開銷)。對于大數(shù)據(jù)量的片上網(wǎng)絡(luò)來說，編碼開銷會(huì)大大降低片上網(wǎng)絡(luò)性能。

c.流量控制機(jī)制和協(xié)議引起的通信開銷過大，以PCIE為例，在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層都會(huì)有流量控制和協(xié)議造成的開銷。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題之一，本發(fā)明的目的在于：提供一種面向片上網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的、協(xié)議簡單、開銷小的片間互連的方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明所采取的第一種技術(shù)方案是：一種面向片上網(wǎng)絡(luò)的片間互連方法，包括以下步驟：