[發明專利]適用于大規模并行計算的節點間容錯通信系統及通信方法

有效

• 申請號: 202110666592.0
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113382431B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 郭勇良;劉力政;何璇;鄒卓;胡曉明;鄭立榮
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H04W24/04
• 分類號: H04W24/04;H04W28/02
• 代理公司: 北京沁優知識產權代理有限公司 11684
• 代理人: 楊敏

本發明公開了一種適用于大規模并行計算的節點間容錯通信系統及通信方法，通信系統包括若干相互連接的AET簇、若干交叉開關組和交叉開關控制器，所述AET簇內包括若干個節點，所述節點包括通信模塊和計算模塊，分別用于進行數據通訊交互和數據計算處理；所述交叉開關組包括若干組輸入信號端和輸出信號端，分別用于連接不同節點的信號輸出端和信號輸出端以建立不同節點之間的信號連接，所有節點和所有交叉開關組均與交叉開關控制器相連接，所述交叉開關控制器用于接收每個節點的狀態參數信息并向交叉開關組發送指令信息以改變節點之間的連接關系。本發明的通信系統通過設置交叉開關組和交叉開關控制器，減少了數據的冗余，改善了網絡堵塞情況。

技術領域

本發明涉及容錯架構技術領域，具體為一種適用于大規模并行計算的節點間容錯通信系統及通信方法。

背景技術

隨著集成電路技術的發展，多核系統中計算核心數量的增加，基于總線的片上系統（System-On-Chip）難以滿足生產需求。取而代之的是片上網絡（Network-On-Chip），它一方面繼承了片上系統的優點，另一方面借鑒了計算機的通信，用路由器作為通信中的基本單元。對于一個片上網絡而言，最重要的就是它的拓撲結構、路由算法和容錯機制。如附圖1所示為一個具有2D-Mesh結構的片上網絡，其中，對于規模較小的片上網絡而言，其發生故障的鏈路數量也比較小，可以采用一些傳統的容錯機制，比如雙機備份、三模冗余，并不會向系統中注入過多的冗余。但是隨著制造工藝的發展，大規模的片上網絡也已經實現。對于芯片這種極其精密的產品，更換或者維修某個出現故障的部件是不現實的，但也不能因為一個部件的故障就棄用整塊芯片，所以對于這種超大型的冰心計算系統而言，需要有可以保障系統在有多個故障出現時仍然可以正常工作的機制。

自主容錯架構(以下簡稱AET)是一個具有Torus結構的片上網絡，每個節點會和它鄰近的三個節點組成一個AET簇，簇里面有個單元以120°的夾角方向和其他三個單元連接，邊緣的三個單元也將以120°的夾角方向和其他簇的單元連接。許多個這樣的簇向二維平面無限拓展，就形成了一個由六邊形無縫填充的平面。圖2描述的是一個具有64個節點的AET網絡，形成了一個由32個六邊形組成的全連接蜂窩網絡。可以看出其所構成的全連接拓撲結構具有封閉性，并且該結構的網絡連接是均勻的。

AET架構是通過模擬人腦神經元間的連接形成的結構，其容錯性和功耗相比于傳統的容錯機制有很大的提升。但是AET架構的本質還是一個片上網絡，其實現容錯的手段還是依賴于節點之間的通信，這是一個隱患。因為當AET網絡中的節點數量非常大時，網絡中節點的通信變得頻繁，可能會有很多不被需要的數據包，大大影響了網絡的擁塞情況；除此之外，如果通信協議過于繁瑣，還會導致系統在通信上開銷的比重增加。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種適用于大規模并行計算的節點間容錯通信系統及通信方法，通過設置交叉開關組和交叉開關控制器，減少了數據的冗余，改善了網絡堵塞情況。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種適用于大規模并行計算的節點間容錯通信系統，包括若干相互連接的AET簇、若干交叉開關組和交叉開關控制器，所述AET簇內包括若干個節點，所述節點包括通信模塊和計算模塊，分別用于進行數據通訊交互和數據計算處理；所述交叉開關組包括若干組輸入信號端和輸出信號端，分別用于連接不同節點的信號輸出端和信號輸出端以建立不同節點之間的信號連接，所有節點和所有交叉開關組均與交叉開關控制器相連接，所述交叉開關控制器用于接收每個節點的狀態參數信息并根據節點的當前狀態進行分析計算后向交叉開關組發送指令信息以改變節點之間的連接關系。

優選的，所述節點包括四個通訊端口，其中三個所述通訊端口分別與鄰近的三個節點相連接，另一個為備份端口。

優選的，所述AET簇包括四個節點，所述交叉開關組包括與所述AET簇相匹配的四組輸入信號端和輸出信號端，其中每一組輸入信號端和輸出信號端分別包括四個接入端，用于連接兩個不同節點的四個通訊端口。