專利名稱：面向?qū)哟涡稳B通的片上網(wǎng)絡(luò)的核映射方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及系統(tǒng)級芯片和片上網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別是涉及一種層次形全連通的 片上網(wǎng)絡(luò)上的核映射方法。
背景技術(shù)：
隨著納米級CMOS集成電路技術(shù)和片上系統(tǒng)(SoC)技術(shù)的不斷發(fā)展，片上多 處理器(CMP)技術(shù)開始朝多核化(幾十或上百個核)和異構(gòu)化(即包含不同類型的 核)的方向發(fā)展。目前，SoC設(shè)計中廣泛采用的共享總線結(jié)構(gòu)存在許多問題，是 影響CMP性能的主要瓶頸-
(1) 帶寬限制?？偩€是一種共享介質(zhì)的互連結(jié)構(gòu)，某一時刻只允許一個設(shè)備 使用總線，仲裁邏輯允許高優(yōu)先級的設(shè)備獲得總線的使用權(quán)。在總線被占用期 間，其他所有請求被阻塞，直到總線空閑。當(dāng)很多部件爭用一條總線時，會造 成嚴(yán)重阻塞，并會降低總線頻率等。
(2) 信號集成度。更低的電源電壓及更小的特征線寬使得整個SoC系統(tǒng)對電 流中的噪聲更加敏感，而共享介質(zhì)上的功能部件則進(jìn)一步加重了噪聲。
(3) 信號延遲。隨著集成特征尺寸的下降，連線延遲成為影響信號延遲的主 要因素?？偩€結(jié)構(gòu)是全局控制的，在10億晶體管時代，全局連線延遲大于時鐘 周期，因此，總線結(jié)構(gòu)的全局連線使得時鐘的偏移很難管理。
(4) 全局同步。全局連線上的信號延遲決定了系統(tǒng)的時鐘周期，為了保持甚 至提高系統(tǒng)時鐘頻率，只能對全局連線進(jìn)行分布式流水線模式，或采用全局異 步局部同步(GALS)的時鐘模式。
由于共享總線結(jié)構(gòu)己經(jīng)無法滿足SoC系統(tǒng)的需要，因此把互連網(wǎng)絡(luò)用于片 上系統(tǒng)設(shè)計，解決片上組件之間的通信問題，即片上網(wǎng)絡(luò)(Network-on-chip, NoC)。 NoC技術(shù)以其支持同時訪問、可靠性高、可重用性高等特點(diǎn)成為更理想的 大規(guī)模CMP互連技術(shù)。NoC克服了總線結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展性差的缺點(diǎn)，為10億晶體管 時代提供了一種可行的片上系統(tǒng)通信機(jī)制。它除了可以連接更多的IP組件，與 總線結(jié)構(gòu)相比，還有高可重用性等特點(diǎn)?？芍赜眯允荢oC設(shè)計的一個重要設(shè)計 原則。可重用性設(shè)計可以節(jié)省設(shè)計成本、提高設(shè)計的可靠性、縮短產(chǎn)品的上市 周期。在基于總線的SoC設(shè)計中，各個IP組件是可重用的，但通信結(jié)構(gòu)無法重 用，必須重新設(shè)計；在NoC中，各組件是可重用的，片上通信結(jié)構(gòu)及片上通信服務(wù)也是可重用的。設(shè)計新系統(tǒng)時，只須在原系統(tǒng)上添加路由部件和功能部件， 大大加快了設(shè)計的進(jìn)度。
NoC上的核映射是NoC設(shè)計中的一個重要步驟，確定了SoC所選用的IP核之 后，核映射就決定了從IP核到NoC體系結(jié)構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系。不同的映射結(jié)果，對于 系統(tǒng)的通信時延、通信能耗等性能有著重要的影響。為了減小NoC上的通信能耗， 需要找到一種核映射結(jié)果使得所有核之間的通信帶寬要求與通信距離的乘積和 要盡可能的小。NoC上的核映射等同于受約束的二次分配問題，直接的做法是用 智能算法來尋找較優(yōu)的映射結(jié)果。但是當(dāng)NoC規(guī)模變大時，智能算法的執(zhí)行時間 會呈指數(shù)級增長。因此，許多研究者提出了各種算法來縮短尋找映射結(jié)果的時 間。但目前只有在二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的片上網(wǎng)絡(luò)上來尋找映射結(jié)果的算法，還沒有 針對層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò)提出一種快速尋找映射結(jié)果的算法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種面向?qū)哟涡稳B通的片上網(wǎng)絡(luò)的核映射方法。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案如下
1) 快速產(chǎn)生初始核映射
第一步，根據(jù)片上網(wǎng)絡(luò)中全連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來對核進(jìn)行聚類，使得通信帶寬 要求大的核聚集到同一個類中，類的個數(shù)等于全連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)，每 個類中的核的數(shù)量相等；
第二步，對第一步中產(chǎn)生的類進(jìn)行聚類，重復(fù)執(zhí)行第一步中的聚類過程， 直到新產(chǎn)生的類中核的數(shù)量等于片上網(wǎng)絡(luò)中全連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)數(shù)；
第三步，計算下一次聚類產(chǎn)生的每個類與不是自己所在的上一次聚類產(chǎn)生 的每個類之間的通信帶寬要求來確定下一次聚類產(chǎn)生的每個類在片上網(wǎng)絡(luò)上的 映射位置；重復(fù)進(jìn)行迭代計算過程，直到確定了每個核在片上網(wǎng)絡(luò)上的映射位
2) 用遺傳算法優(yōu)化初始核映射
用初始核映射作為遺傳算法的種子，設(shè)定遺傳算法的迭代次數(shù)，在迭代過 程結(jié)束后產(chǎn)生最終的核映射結(jié)果。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是-
(1)高效性。本發(fā)明實現(xiàn)了一種面向?qū)哟涡稳B通的片上網(wǎng)絡(luò)的核映射方 法，在片上網(wǎng)絡(luò)規(guī)模變大時，用遺傳算法來尋找映射結(jié)果時隨機(jī)產(chǎn)生遺傳算法 的種子的時間會呈指數(shù)級增長，而本發(fā)明的方法能夠快速地產(chǎn)生初始核映射作為遺傳算法的種子，因此明顯縮短了層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò)的核映射時間。 而且本發(fā)明的方法產(chǎn)生的初始核映射把通信帶寬要求大的核放到相臨較近的位 置，比隨機(jī)產(chǎn)生的核映射的結(jié)果要好，因此產(chǎn)生相等的核映射結(jié)果本發(fā)明的方 法中遺傳算法需要的迭代次數(shù)要少，縮短了遺傳算法的運(yùn)行時間，從而縮短了 層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò)的核映射時間。
(2) 可靠性。本發(fā)明通過對層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仔細(xì)的分 析，仔細(xì)地設(shè)計了產(chǎn)生層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò)的初始核映射的過程，并仔細(xì) 地設(shè)計了遺傳算法的運(yùn)行過程，保證了算法最終能夠產(chǎn)生核映射結(jié)果。
(3) 實用性。本發(fā)明提出的一種面向?qū)哟涡稳B通的片上網(wǎng)絡(luò)的核映射方 法，可以稍做修改用于不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的片上網(wǎng)絡(luò)中。


圖1是16個節(jié)點(diǎn)的層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò)的示意圖。 圖2是64個節(jié)點(diǎn)的層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò)的示意圖。 圖3是產(chǎn)生層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò)的核映射結(jié)果的算法示意圖。
具體實施例方式
1) 層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò)
層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò)(WK-recursive NoC)是一種非常重要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的 片上網(wǎng)絡(luò)。層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò)是由基本單元遞歸地構(gòu)造，基本單元可以 是任意節(jié)點(diǎn)數(shù)的全連通網(wǎng)絡(luò)。下面為了方便，用WK(d，t)來表示一個有t層網(wǎng)絡(luò)， 基本單元是d個節(jié)點(diǎn)的全連通網(wǎng)絡(luò)的層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò)，其中d>l, 21. 圖1是16個節(jié)點(diǎn)的層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò)，可以用WK(4,2)表示，4表示基 本單元是4個節(jié)點(diǎn)相互之間都連通的網(wǎng)絡(luò)，2表示整個層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò) 有兩層遞歸的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。圖2是64個節(jié)點(diǎn)的層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò)，可以用 WK(4,3)表示，3表示整個層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò)有三層遞歸的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
2) 快速產(chǎn)生初始核映射
下面用WK(4,3)的層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò)來說明整個算法的運(yùn)算過程，如 圖3所示
第一步，根據(jù)片上網(wǎng)絡(luò)中全連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來對核進(jìn)行聚類，使得通信帶寬 要求大的核聚集到同一個類中,類的個數(shù)等于全連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)，每 個類中的核的數(shù)量相等
WK(4，3)的層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò)中的全連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)數(shù)是4，所 以把64個核分成4類，每個類中有16個核。首先，從64個核中選出相互之間
5通信帶寬要求最大的兩個核，然后從剩下的62個核中選出一個與前面已經(jīng)選出 的兩個核通信帶寬要求的和最大的核，接著選出一個與前面已經(jīng)選出的三個核 通信帶寬要求的和最大的核，直到選出了16個核，這樣就構(gòu)成了一個類。把第 一個選出的類放到圖2中標(biāo)號以"0"為開頭的WK(4,2)的層次形全連通的片上 網(wǎng)絡(luò)中，重復(fù)前面的過程，把接著選出的三個類按先后順序分別放到標(biāo)號以"l" 為開頭、以"2"為開頭、以"3"為開頭的WK(4，2)的層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò) 中.
第二步，對第一步中產(chǎn)生的類進(jìn)行聚類，重復(fù)執(zhí)行第一步中的聚類過程， 直到新產(chǎn)生的類中核的數(shù)量等于片上網(wǎng)絡(luò)中全連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)數(shù)
對第一步中產(chǎn)生的4個類都重復(fù)第一步的過程，把每個類都再分成4個類。 因為這樣新產(chǎn)生的每個類中都包含4個核，等于全連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)數(shù)4，所 以第二步的運(yùn)算完成。如果是WK(4，4)的層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò)，第二步就需 要重復(fù)執(zhí)行兩次第一步中的聚類過程。
第三步，計算第二次聚類產(chǎn)生的每個類與不是自己所在的第一次聚類產(chǎn)生 的每個類之間的通信帶寬要求來確定第二次聚類產(chǎn)生的每個類在片上網(wǎng)絡(luò)上的 映射位置
現(xiàn)在要調(diào)整每個基本單元在WK(4,2)中的位置。分別計算標(biāo)號以"0"為開 頭的WK(4,2)的層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò)中的4個基本單元與不是自己所在的 另外三個WK(4,2)之間的通信帶寬要求。把通信帶寬要求最大的基本單元放到位 置最近的位置上，假如前面的計算得到基本單元(000，001，002,003)和標(biāo)號以"2" 為開頭的WK(4,2)的通信帶寬要求最大，則把原來基本單元(000，001，002，003)上 的核放到基本單元(020,021,022，023).接著分別調(diào)整通信帶寬要求第二和第三大 的基本單元的位置來縮短通信距離，最后把通信帶寬要求最小的核放到基本單 元(000，001,002,003).重復(fù)前面的過程，分別調(diào)整另外三個WK(4,2)的層次形全連 通的片上網(wǎng)絡(luò)中的基本單元的位置。
第四步，在第三步的映射結(jié)果基礎(chǔ)上，重復(fù)進(jìn)行第三步的迭代計算過程， 直到確定了每個核在片上網(wǎng)絡(luò)上的映射位置
在每個WK(4,2)的層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò)中，計算每個核與不是自己所在 的另外三個基本單元之間的通信帶寬要求，按照第三步的過程來調(diào)整每個核的 位置。
3)用遺傳算法優(yōu)化初始核映射
用初始核映射作為遺傳算法的種子，設(shè)定遺傳算法的迭代次數(shù)，在迭代過程結(jié)束后產(chǎn)生最終的核映射結(jié)果。
遺傳算法的所有種子都是前面產(chǎn)生的初始核映射，根據(jù)核映射結(jié)果的要求 來設(shè)定遺傳算法的迭代次數(shù)，在遺傳算法運(yùn)算結(jié)束時產(chǎn)生最終的核映射結(jié)果。
權(quán)利要求
1. 一種面向?qū)哟涡稳B通的片上網(wǎng)絡(luò)的核映射方法，其特征在于1)快速產(chǎn)生初始核映射第一步，根據(jù)片上網(wǎng)絡(luò)中全連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來對核進(jìn)行聚類，使得通信帶寬要求大的核聚集到同一個類中，類的個數(shù)等于全連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)，每個類中的核的數(shù)量相等；第二步，對第一步中產(chǎn)生的類進(jìn)行聚類，重復(fù)執(zhí)行第一步中的聚類過程，直到新產(chǎn)生的類中核的數(shù)量等于片上網(wǎng)絡(luò)中全連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)數(shù)；第三步，計算下一次聚類產(chǎn)生的每個類與不是自己所在的上一次聚類產(chǎn)生的每個類之間的通信帶寬要求來確定下一次聚類產(chǎn)生的每個類在片上網(wǎng)絡(luò)上的映射位置；重復(fù)進(jìn)行迭代計算過程，直到確定了每個核在片上網(wǎng)絡(luò)上的映射位置；2)用遺傳算法優(yōu)化初始核映射用初始核映射作為遺傳算法的種子，設(shè)定遺傳算法的迭代次數(shù)，在迭代過程結(jié)束后產(chǎn)生最終的核映射結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種面向?qū)哟涡稳B通的片上網(wǎng)絡(luò)的核映射方法。本發(fā)明實現(xiàn)了快速產(chǎn)生初始核映射和用遺傳算法來優(yōu)化初始核映射。本發(fā)明是充分利用了層次形全連通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞钠暇W(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)從而有效地實現(xiàn)了層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò)上的核映射方法。在遺傳算法運(yùn)行前快速產(chǎn)生一種比隨機(jī)產(chǎn)生要好的初始核映射，明顯地縮短了層次形全連通的片上網(wǎng)絡(luò)的核映射時間。本發(fā)明可用于不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的片上網(wǎng)絡(luò)中。
文檔編號G06N3/00GK101505271SQ20091009595
公開日2009年8月12日 申請日期2009年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月26日
發(fā)明者吳斌斌, 居立晗, 施青松, 滿 曹, 超 王, 威 胡, 度 陳, 陳天洲, 馬建良 申請人:浙江大學(xué)