[发明专利]具有容错功能的热量均衡片上网络路径选择方法

说明书

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，涉及片上网络NoC通信，特别是一种具有容错功能的热量均衡片上网络路径选择方法。该方法可实现片上网络数据的高效传输，确保片上网络热量均衡，提高芯片的使用寿命，同时可满足容错、负载均衡与服务质量的多方面要求。

背景技术

随着半导体集成电路技术的飞速发展与新型半导体材料技术的不断进步，片上系统SoC已成为了微电子领域的焦点。但随着芯片集成度的急剧增加，片上系统越发的复杂，在时延、吞吐、能耗、可靠性与可扩展性等方面受到了巨大的挑战。片上网络的提出有效的解决了片上系统的诸多问题，受到了业界的广泛关注。代表性产品有Tilera公司的64核芯片Tile 64，英特尔公司的80核芯片Teraflop与单芯片48核云计算机SCC等，这些产品均采用了最常见的Mesh拓扑结构。

路径选择方法确定分组从源节点到目的节点的传输路径，是设计高性能片上网络的关键问题之一。路径选择方法的优劣在很大程度决定了片上网络的性能。国内外研究人员已经对片上网络路径选择方法做出了大量的研究，但对于热量这一关键问题并没有太多研究。热量均衡是影响芯片性能的重要因素之一，热量过高时半导体器件无法正常工作，导致芯片性能下降甚至损坏。

Zhiliang Qian等人在文章“A thermal-aware application specific routing algorithm for Network-on-Chip design”(the 16th Asia and South Pacific Design Automation Conference，2011)中提出了一种降低节点峰值温度的负载均衡路径选择方法。该方法根据业务流量及链路带宽限制得到流量在多条最短路径上的最优分配比例与选择下一跳节点的概率，并写入路由表。通过均衡网络负载，降低节点的峰值温度，防止芯片因温度过高受损。该方法的不足之处是：第一，源路由不能适应网络状态的变化，流量发生变化会导致网络性能下降；第二，片上网络的面积与能耗受到严格限制，路由表将增加面积与能耗的开销，不适合片上网络；第三，整个工作时间内的负载均衡不等价于温度均衡，短时间内处理大量的分组也会导致节点温度过高；第四，不具备容错功能，节点发生故障后整个芯片无法工作。

Chih-Hao，Chao等人在文章“Traffic-and Thermal-Aware Run-Time Thermal Management Scheme for 3D NoC Systems”(the Fourth ACM/IEEE International Symposium on Networks-on-Chip，2010)中提出了一种根据温度实现负载控制的三维片上网络路径选择方法。该方法在温度过高时逐层关闭节点以降低芯片温度。当某一节点层被关闭后，该层所有分组垂直向下传输后在正常工作的节点层上水平传输，最后垂直向上传输到达目的节点。该方法的不足之处是：第一，关闭整个节点层具有一定的盲目性；第二，被关闭的节点层上的分组时延较大；第三，温度检测器增加面积开销与路由器结构的复杂度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有方法的不足，提出一种具有容错功能的热量均衡片上网络路径选择方法，以确保片上网络的热量均衡、增加容错功能并降低高优先级分组的时延。

实现本发明目的的技术思路是，综合考虑输出端口对应的下一跳节点的历史状态与当前状态以避免节点状态信息过时或不全面，并结合故障节点的位置信息得到输出端口选择代价，选择代价小的端口以实现片上网络的热量均衡。当出现故障节点时，将部分正常工作的节点关闭，形成规则的矩形故障区域，采用最短绕道路径选择方法绕过故障区域以实现容错功能。对于温度超过晶体管工作范围的高温节点，仅允许高优先级分组通过高温节点以降低高优先级分组的时延。该路径选择方法包括如下步骤：

(1)从当前节点寄存器中读取当前节点的坐标(C_x，C_y)与当前节点类型值N；根据节点类型值判断节点类型：当N＝0时，当前节点为伪故障环上的节点，当N＝2时，当前节点为故障环上节点，当N＝1时，当前节点为普通节点；所述的伪故障环为温度超过晶体管工作范围的高温节点外围由节点与链路组成的环路，所述的故障环为故障节点外围由节点与链路组成的环路；