[發明專利]一種基于片上網絡的構造啟發式映射方法

有效

• 申請號: 202110643764.2
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113360450B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 黃以華;張遠山;陳清坤;黃文津
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G06F15/78
• 分類號: G06F15/78
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 劉俊

本發明提供一種基于片上網絡的構造啟發式映射方法，該方法源于目前芯片上處理器資源的不斷增長以及通信的及時性和持續性需求，但是單位晶體管的發熱無法大幅降低，冷卻技術的發展也不如由摩爾定律提出的晶體管數量增長的速度，導致提供給芯片的功耗無法大量提升。因此本發明的方法是關于如何快速獲取一個低通信能耗的應用映射結果。通過一個不規則的映射方式可以保證應用映射結果的低能耗，另外逐步貪婪搜索可以加速獲得映射的結果，而映射流程的合理設計可以獲得一個熱可靠的最終應用映射結果。本發明方法的映射結果相比于傳統方法平均提升了約40％的系統性能，尤其是在多任務的映射情況下，這個方法能在更短的時間內獲得更佳的映射效果。

技術領域

本發明涉及芯片片上網絡設計技術領域，更具體地，涉及一種基于片上網絡的構造啟發式映射方法。

背景技術

隨著半導體技術工藝的發展，單個芯片上可集成的處理器單元數量急劇增加。隨之而來的問題是現有總線結構在長連線、時間延遲、信息吞吐、功耗、時鐘同步、并行性以及可擴展性等方面面臨巨大挑戰，因此有研究人員將計算機網絡技術引入到多處理器片上系統中，這就是片上網絡的由來。片上網絡的出現有效地解決了總線型結構的諸多問題，它以蟲孔交換作為基本交換機制，采用全局異步局部同步的通信機制很好地解決了單一時鐘通信的問題，改進了網絡能耗、吞吐和擴展性等性能。

片上網絡包括集成處理器單元，網絡接口控制器，路由器和鏈接。每個集成處理器單元通過網絡接口控制器與路由器相連，路由器幫助完成各個處理器之間的通信。在片上網絡的設計中，處理器之間的通信所導致的功耗百分比超過了片上網絡總功耗的30％，因此應用映射問題是片上網絡設計的一個關鍵部分。一個好的映射方法可以將應用的各個任務分配到合適的集成處理器單元中使得通信成本較少從而降低功耗。

近年來，單個芯片上的集成處理單元越來越多，然而，目前大多數的研究都是設計一個將N個任務映射到規則的N個處理單元組成的矩形框架之中的算法。但是密集的同時運行的處理器會使得芯片上的功耗密度急劇上升，從而影響芯片的熱可靠性。雖然單方面的分散開啟芯片上的處理器能夠保證芯片的安全性，但是也會使得處理器之間的通信距離增大，通信延遲增加，通信功耗增加，系統的總體性能下降。

為了盡可能地在保證芯片可靠性的前提下提升系統總體性能，本研究的重點在于將N個任務映射到不規則的由N個處理單元組成的框架之中。雖然這個不規則的框架會占用更大面積的規則框架，但是這就能夠更大程度地保證芯片的熱可靠性。而且單一芯片的功耗是有上限的，無論芯片上集成的處理單元有多少個，在同一時間內可以啟用的處理單元數量是有限的。在保證熱可靠性的前提下，利用不規則的映射方式換取更低的通信功耗從而提升系統的總體性能是可行的。

發明內容

本發明提供一種基于片上網絡的構造啟發式映射方法，該方法可快速獲取一個低通信能耗的應用映射結果。

為了達到上述技術效果，本發明的技術方案如下：

一種基于片上網絡的構造啟發式映射方法，包括以下步驟：

S1：對于一個包含N個任務和M個通信需求的應用，根據M個通信需求劃分為M個兩兩任務組成的任務集群；

S2：對于劃分后的M個任務集群，首先根據兩兩任務之間的各個通信需求w_i,j的大小做一個排序，然后從高到低開始逐個遍歷這些任務集群，獲取各種任務集群映射結果，w_i,j為表示任務i與任務j之間的通信需求量值；

S3：對于步驟S2獲得的各種任務集群映射結果，根據熱阻模型對各個任務集群對應的處理塊做一次溫度的估計，假如某處理塊的溫度超出上限，回溯并增大該處理塊對應的任務集群中兩個任務的通信距離，以保證映射結果滿足芯片的熱可靠性，最終遍歷完M個任務集群后，選擇占用芯片面積最小且滿足溫度限制的任務集群映射結果作為最終的映射結果。