一種集成網(wǎng)絡(luò)路由器的眾核處理器系統(tǒng)及其集成方法和實現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種眾核處理器系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)路由器的方法，該方法包括：劃分子網(wǎng)步驟用于通過將片上網(wǎng)絡(luò)劃分為多個子網(wǎng)平衡片內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)請求，網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備部署步驟用于將至少一個網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備分布式部署在子網(wǎng)中，以確保部署的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備與子網(wǎng)內(nèi)的處理器核之間的連通度最優(yōu)化，以實現(xiàn)片上網(wǎng)絡(luò)或片間網(wǎng)絡(luò)快速數(shù)據(jù)交換。本發(fā)明還公開了一種集成網(wǎng)絡(luò)路由器的眾核處理器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含用于網(wǎng)絡(luò)接口和數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡(luò)路由器，并且該網(wǎng)絡(luò)路由器包含多個分布式嵌入片上網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備。
【專利說明】—種集成網(wǎng)絡(luò)路由器的眾核處理器系統(tǒng)及其集成方法和實現(xiàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多核或眾核處理器系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是涉及處理器內(nèi)集成網(wǎng)絡(luò)路由器的系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導體工藝的進步，單芯片晶體管數(shù)目不斷增加，芯片內(nèi)可集成的處理器核數(shù)越來越多，多核/眾核處理器成為當前處理器的主流。從平衡設(shè)計角度出發(fā)，處理器核數(shù)的增加大大提高了處理器對網(wǎng)絡(luò)性能的需求。當前的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備帶寬在快速提升:網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如Infiniband的HCA卡在2014年將推出最高300Gb/s帶寬的產(chǎn)品，以太網(wǎng)的100Gb/s已有驗證產(chǎn)品，400Gb/s的規(guī)范也在制定之中。當帶寬達到300Gb/s時，就已經(jīng)與當前的DDR3訪存帶寬相當，因此亟需對當前的網(wǎng)絡(luò)I/O系統(tǒng)進行優(yōu)化。
[0003]目前，將網(wǎng)絡(luò)路由器集成在處理器內(nèi)是提高網(wǎng)絡(luò)I/O性能的重要解決方法。IBMBlue Gene系列高性能計算機將高性能網(wǎng)絡(luò)路由器(Router)集成在了處理器之內(nèi)，圖1所示的是IBM Blue Gene/Q處理器集成網(wǎng)絡(luò)路由器的方法:將一個網(wǎng)絡(luò)路由器(Router)掛載于片上網(wǎng)絡(luò)(交叉開關(guān))，路由器內(nèi)部包括一個片上網(wǎng)絡(luò)接口、若干片間網(wǎng)絡(luò)接口、若干網(wǎng)絡(luò)處理引擎和交叉開關(guān)，每個片上和片間網(wǎng)絡(luò)接口都配有一個處理網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)處理引擎，集成的網(wǎng)絡(luò)路由器僅通過一個片上網(wǎng)絡(luò)接口與片上網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)交換，片間網(wǎng)絡(luò)接口僅用于跟其他處理器間的通信，交叉開關(guān)則實現(xiàn)Router內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換。在期刊名稱為:“IEEE Micro, vol(32):2，March2012，Pages48-60”，文獻名稱為:“The IBM Blue Gene/Q Compute Chip”,作者為:Ruud Haring, Martin Ohmacht等的文獻中公開了上述集成網(wǎng)絡(luò)路由器的方法。
[0004]圖1的結(jié)構(gòu)存在三個問題:1.路由器僅與片上網(wǎng)絡(luò)有唯一的接口，限制了網(wǎng)絡(luò)接入帶寬，無法有效服務(wù)于眾核處理器中的大量處理器核；2.路由器需要實現(xiàn)兩種網(wǎng)絡(luò)接口(片間網(wǎng)絡(luò)接口和片上網(wǎng)絡(luò)接口)，且端口數(shù)目為兩類網(wǎng)絡(luò)接口數(shù)目之和；3.路由器內(nèi)部仍需要獨立的交叉開關(guān)，使得路由器的擴展性受到限制，也增加了路由器的面積和布線復(fù)雜度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種集成網(wǎng)絡(luò)路由器的眾核處理器系統(tǒng)及其集成方法和實現(xiàn)方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的集中式網(wǎng)絡(luò)路由器部署方式帶來的網(wǎng)絡(luò)接入帶寬狹小，需要獨立的交叉開關(guān)的問題。
[0006]為達上述目的，本發(fā)明一種眾核處理器系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)路由器的方法，應(yīng)用于包含處理器、片上網(wǎng)絡(luò)、片間網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)路由器的眾核處理器系統(tǒng)，包括:
[0007]劃分子網(wǎng)步驟:通過將所述片上網(wǎng)絡(luò)劃分為多個子網(wǎng)平衡片內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)請求；
[0008]網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備部署步驟:將至少一個網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備分布式部署在所述子網(wǎng)中，以確保部署的所述網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備與所述子網(wǎng)內(nèi)的處理器核之間的連通度最優(yōu)化，以實現(xiàn)所述片上網(wǎng)絡(luò)或所述片間網(wǎng)絡(luò)快速數(shù)據(jù)交換。
[0009]上述眾核處理器系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)路由器的方法，所述劃分子網(wǎng)步驟還包括:
[0010]子網(wǎng)劃分子步驟:基于帶權(quán)值全網(wǎng)絡(luò)擴散方法進行子網(wǎng)劃分，獲取最終劃分成功的所述子網(wǎng)。
[0011]上述眾核處理器系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)路由器的方法，所述帶權(quán)值全網(wǎng)絡(luò)擴散方法包括:
[0012]步驟1:將所述片上網(wǎng)絡(luò)作為對應(yīng)的圖G，所述處理器核對應(yīng)圖G的頂點，所述處理器核之間的連線對應(yīng)圖G的邊，所述圖G包含所述頂點集合V，所述邊集合E和權(quán)值集合W ；
[0013]步驟2:設(shè)置所述頂點集V中的頂點的初始擴散值；
[0014]步驟3:基于所述初始擴散值進行擴散值迭代更新，獲取迭代過程中鄰接的所述頂點的擴散值差的絕對值的最大值，并記錄所述最大值對應(yīng)的所述邊，如果多次迭代中所述最大值對應(yīng)所述邊為同一條邊，則刪除所述最大值對應(yīng)所述邊，否則繼續(xù)執(zhí)行所述子網(wǎng)獲取步驟；
[0015]步驟4:如果所述擴散值迭代更新步驟中，得到的子網(wǎng)數(shù)量沒有增加，則執(zhí)行所述擴散值迭代更新步驟，否則，計算所述模塊度Q，如果所述模塊度獲取步驟的所述模塊度Q值增加，則執(zhí)行所述擴散值迭代更新步驟，否則，形成一個劃分子網(wǎng)；
[0016]步驟5:如果所述劃分子網(wǎng)直徑大于所述子網(wǎng)直徑，則所述劃分子網(wǎng)需要繼續(xù)劃分，執(zhí)行所述子網(wǎng)獲取步驟，否則，根據(jù)所述子網(wǎng)規(guī)模閾值進行判斷所述劃分子網(wǎng)的規(guī)模；
[0017]步驟6:所述子網(wǎng)規(guī)模判斷步驟中，所述劃分子網(wǎng)規(guī)模小于所述子網(wǎng)規(guī)模閾值，則進行子網(wǎng)合并，輸出最終劃分所述子網(wǎng)；
[0018]步驟7:如果所有子網(wǎng)滿足所述子網(wǎng)規(guī)模閾值和所述子網(wǎng)直徑，則輸出最終劃分成功的子網(wǎng)。
[0019]上述眾核處理器系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)路由器的方法，所述步驟3中擴散迭代的方程符合如下定義:假設(shè)所述頂點U、Iv..Ln個頂點相連，定義為:
[0020]

【權(quán)利要求】
1.一種眾核處理器系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)路由器的方法，應(yīng)用于包含處理器、片上網(wǎng)絡(luò)、片間網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)路由器的眾核處理器系統(tǒng)，其特征在于，所述集成網(wǎng)絡(luò)路由器的方法包括: 劃分子網(wǎng)步驟:通過將所述片上網(wǎng)絡(luò)劃分為多個子網(wǎng)平衡片內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)請求； 網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備部署步驟:將至少一個網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備分布式部署在所述子網(wǎng)中，以確保部署的所述網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備與所述子網(wǎng)內(nèi)的處理器核之間的連通度最優(yōu)化，以實現(xiàn)所述片上網(wǎng)絡(luò)或所述片間網(wǎng)絡(luò)快速數(shù)據(jù)交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述眾核處理器系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)路由器的方法，其特征在于，所述劃分子網(wǎng)步驟還包括: 子網(wǎng)劃分子步驟:基于帶權(quán)值全網(wǎng)絡(luò)擴散方法進行子網(wǎng)劃分，獲取最終劃分成功的所述子網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述眾核處理器系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)路由器的方法，其特征在于，所述帶權(quán)值全網(wǎng)絡(luò)擴散方法包括: 步驟1:將所述片上網(wǎng)絡(luò)作為對應(yīng)的圖G，所述處理器核對應(yīng)圖G的頂點，所述處理器核之間的連線對應(yīng)圖G的邊，所述圖G包含所述頂點集合V，所述邊集合E和權(quán)值集合W ； 步驟2:設(shè)置所述頂點集V中的頂點的初始擴散值； 步驟3:基于所述初始擴散值進行擴散值迭代更新，獲取迭代過程中鄰接的所述頂點的擴散值差的絕對值的最大值，并記錄所述最大值對應(yīng)的所述邊，如果多次迭代中所述最大值對應(yīng)所述邊為同一條邊，則刪除所述最大值對應(yīng)所述邊，否則繼續(xù)執(zhí)行所述子網(wǎng)獲取步驟； 步驟4:如果所述擴散值迭代更新步驟中，得到的子網(wǎng)數(shù)量沒有增加，則執(zhí)行所述擴散值迭代更新步驟，否則，計算所述模塊度Q，如果所述模塊度獲取步驟的所述模塊度Q值增加，則執(zhí)行所述擴散值迭代更新步驟，否則，形成一個劃分子網(wǎng)； 步驟5:如果所述劃分子網(wǎng)直徑大于所述子網(wǎng)直徑，則所述劃分子網(wǎng)需要繼續(xù)劃分，執(zhí)行所述子網(wǎng)獲取步驟，否則，根據(jù)所述子網(wǎng)規(guī)模閾值進行判斷所述劃分子網(wǎng)的規(guī)模； 步驟6:所述子網(wǎng)規(guī)模判斷步驟中，所述劃分子網(wǎng)規(guī)模小于所述子網(wǎng)規(guī)模閾值，則進行子網(wǎng)合并，輸出最終劃分所述子網(wǎng)； 步驟7:如果所有子網(wǎng)滿足所述子網(wǎng)規(guī)模閾值和所述子網(wǎng)直徑，則輸出最終劃分成功的子網(wǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述眾核處理器系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)路由器的方法，其特征在于，所述步驟3中擴散迭代的方程符合如下定義:假設(shè)所述頂點U、Iv..Ln個頂點相連，定義為:
其中所述D1、Dj是分別是所述頂點Li點和h點的擴散值，所述Wu是所述頂點Li點和Lj點之間邊的權(quán)值；所述au是所述圖G的鄰接矩陣中的元素。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述眾核處理器系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)路由器的方法，其特征在于，所述模塊度Q的計算公式為:
其中，L(VpVj) = smevi，nevjwmn,參數(shù)Vi是劃分出來的一個子網(wǎng)，'?^是!!!點和11點之間邊的權(quán)值，k是已經(jīng)劃分完成的子網(wǎng)的數(shù)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述眾核處理器系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)路由器的方法，其特征在于，所述劃分子網(wǎng)步驟中，所述片上網(wǎng)絡(luò)是根據(jù)路由器端口數(shù)目、片上網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征、處理器內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)請求特征及處理器引腳布局限制之任一或任意組合條件劃分為多個子網(wǎng)。
7.一種集成網(wǎng)絡(luò)路由器的眾核處理器系統(tǒng)，采用如權(quán)利要求1-6中任一項所述眾核處理器系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)路由器的方法，所述包含處理器、片上網(wǎng)絡(luò)和片間網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述眾核處理器系統(tǒng)還包含: 網(wǎng)絡(luò)路由器:用于網(wǎng)絡(luò)接口和數(shù)據(jù)交換，所述網(wǎng)絡(luò)路由器包含多個分布式嵌入所述片上網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備； 其中，所述網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備設(shè)置于所述片上網(wǎng)絡(luò)劃分的子網(wǎng)范圍內(nèi)，作為同一處理器內(nèi)或處理器之間的網(wǎng)絡(luò)接口，基于所述片上網(wǎng)絡(luò)或所述片間網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)的交換。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述集成網(wǎng)絡(luò)路由器的眾核處理器系統(tǒng)，其特征在于，所述片上網(wǎng)絡(luò)被分割為多個所述子網(wǎng)，每個所述子網(wǎng)配置至少一個所述網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述集成網(wǎng)絡(luò)路由器的眾核處理器系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備進一步包括:網(wǎng)絡(luò)處理引擎:用于解析所述片上網(wǎng)絡(luò)接口與所述片間網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。
10.一種眾核處理器系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，應(yīng)用于如權(quán)利要求7-9中任一項所述的集成網(wǎng)絡(luò)路由器的眾核處理器系統(tǒng)，所述處理器系統(tǒng)包含:處理器、片上網(wǎng)絡(luò)、片間網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)路由器，其特征在于，所述方法包括: 選擇網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備步驟:根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備滿足功能需求及性能要求的情況，選取所述子網(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備； 計算路徑步驟:根據(jù)已經(jīng)選取的所述網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備，進行從源處理器核到達目標所述網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備的路徑計算。
【文檔編號】G06F9/44GK104077138SQ201410302494
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】曹政, 李強, 劉小麗, 劉小兵, 安學軍, 張佩珩, 孫凝暉, 邵恩 申請人:中國科學院計算技術(shù)研究所