[发明专利]片上网络的输入/输出节点

说明书

技术领域

本发明涉及片上网络(Network on Chip，NoC)拓扑结构，且尤其涉及网格状(meshed)网络中输入/输出节点的布置。

背景技术

图1代表如欧洲专利EP1701274所述的矩阵(或网格状)NoC拓扑结构的例子。

这种网络包含按行(水平总线Bh)和列(垂直总线Bv)布置的多条总线。路由器RTR位于水平总线与垂直总线之间的每个交点上，使到达它的每个总线区段(水平和垂直)之间形成点对点连接。每个路由器RTR进一步与可以是数据产生器或使用器的本地资源RSC连接。

这种类型的网络被设计成使任何资源RSC与任何其它资源通信。一次通信可以跨过负责将数据路由到最终目的地的几个路由器。

为了限制一次通信可以跨过的节点的数量，该网络最好是环形的。如所示，位于矩阵的一个边缘上的路由器与位于该矩阵的相对边缘上的路由器连接。这进一步使相同路由器结构可以在矩阵的边缘上和矩阵的中心两者中使用。

图2示意性地代表可用在这种环境下的路由器。该路由器管理五个信道，即，与总线区段相对应的四个方向即北(N)、南(S)、东(E)、和西(W)、以及与本地资源相对应的链路L。

将四输入多路复用器MX与每个路由器输出方向相关联。这四个输入对应于不与多路复用器的方向相关联的路由器输入。例如，北输出多路复用器MXN接收路由器输入L、S、E和W。换句话说，该路由器防止经由一个方向输入的分组经由相同方向出去。

每个多路复用器输入的前面进一步接着意欲存储等待输出数据的FIFO(先进先出)队列20。

控制器22进行判优(arbitration)，并控制多路复用器所作的选择以及将经由五个信道进入的数据写入队列20。

图1的类型的网络的一种设想应用是并行计算。在这种情况下，每个资源RSC是一群处理器。然后，将这样的网络与至少能够为计算提供数据以及提取计算结果的输入/输出外设相关联。

一种直接的解决方案是使用一些资源RSC进行所需的输入/输出操作，最好是处在矩阵边缘上的资源，以便于与将芯片与外界链接的触片连接。

对于相同矩阵大小，这种解决方案以NoC的计算能力为代价。一定数量的处理器群被这样的输入/输出单元所取代，这些输入/输出单元具有比该处理器群可以提供的计算要求低得多的计算要求，但它们的特性，尤其是与外界连接的事实，造成它们的功能不能由处理器群来完成，即使在共享时间内。

因此，如果改变矩阵的大小以提供给定计算能力，则不得不将输入/输出单元添加在网络周围。取决于设计人员所作的选择，这种添加可能使网络的等待时间显著延长并/或使芯片的表面区域无意义地增大。

一种可以设想成将输入/输出单元加入给定矩阵中的解决方案包括将两行两列的路由器添加在矩阵的外围并将输入/输出单元与之连接。然后，路由器矩阵大小从n×n增大到(n+2)×(n+2)，这有可能使通信跨过的节点的数量增加，从而使网络的等待时间延长。

另一种解决方案可包括使用六信道外围路由器，第六信道用于连接输入/输出单元的目的。例如在专利申请WO 89/03564中描述的这种解决方案存在外围路由器具有比内部路由器大的表面区域的缺点，这样引起了路由器的布局布线(place-and-route)问题。为了设计简单化原因，最好是所有路由器都相同，因此都具有六信道。在这种情况下，内部路由器将具有将占据不必要表面区域的未用功能。

为了说明目的，与图2的路由器相比，六信道路由器包含不止一个多路复用器，并且每个多路复用器具有五个输入端以及它们的相应FIFO存储器。

图3例示了如专利US5689647提出的解决这些缺点的解决方案。它示出了像图1的那样的环形(torus)网络。有资格成为“输入/输出路由器”的三信道路由器IOR被插在矩阵的外围上。有资格成为内部的、这些路由器IOR的每一个的两个信道用于保证路由器所处的行或列的连续性的目的。有资格成为外部的第三信道用于经由输入/输出单元IOM插入数据和从网络中提取数据的目的。

与叫做“基础架构路由器”的内部路由器RTR不同，处在行上的路由器IOR不与相同列的路由器连接。同样，处在列上的路由器IOR不与相同行的路由器连接。

假设初始矩阵具有n×n的尺度，按照图3添加路由器IOR使矩阵的大小增大到(n+2)×(n+2)。因此，图3的网络有可能具有比图1的网络更长的等待时间。

发明内容