[发明专利]一种温度均衡的三维片上网络核映射方法与系统

说明书

技术领域

本发明属于片上网络系统设计领域，具体涉及一种温度均衡的三维片上网络核映射方法与系统。

背景技术

随着集成电路工艺技术的不断发展，单一芯片上可集成数十甚至上百个IP核模块已成为事实。受制于传统的总线结构，芯片设计将面临通信延迟、存储带宽、功耗极限等性能提升的瓶颈问题。片上网络(Network on Chip，NoC)采用基于数据包的传输方式，为模块之间的互连提供高效、可靠、灵活的通信架构，成为解决系统芯片设计中全局互连与通信问题的有效方案。随着IP核数目的不断增多，传统的二维结构由于布局条件的限制，难以保证关键部件相邻以缩短关键路径长度，从而无法从根本上解决缩短物理连线，减小信号延时的问题。随着三维IC技术的兴起，使得NoC从二维向三维扩展成为可能。三维NoC将IP核分布在不同的物理层，各层在垂直方向堆叠，层间通过高速且高密度的硅通孔相连。

在NoC设计中，确定每个IP核在NoC体系结构中的位置，即NoC映射，是一个重要的步骤，其结果会影响整个系统芯片的通信延时、功耗等性能。而在三维NoC中，有更多的节点和任务集成，该影响更为明显，特别是对温度分布的影响。目前，许多研究者提出了各种面向二维NoC系统寻找优化映射结果的算法。借鉴二维NoC映射算法研究思路，近年亦有研究者开始关注三维NoC映射问题，但是优化目标仍然集中在通信延时、功耗这些性能指标，或者以最小化系统功耗来表征最小化系统峰值温度，还没有针对三维NoC系统中各层温度均衡优化的映射方法。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种能够降低芯片峰值温度，去除芯片热点，实现三维NoC系统各层温度均衡优化的核映射方法，具体技术方案如下：

一种温度均衡的三维片上网络核映射方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)输入片上网络系统中各IP核的通信关系图以及片上网络体系结构图，以节点温度方差为优化模型，采用基于遗传算法的映射方法，获得IP核在三维片上网络系统中的一种优化布局结果；

所述温度方差模型为取片上网络系统中前m个节点的温度与所有节点平均温度的差值平均数，适应度函数由下式表述：

σm=1mΣi=1m(Thi-Thavg)2]]>

其中，Th_i为在三维片上网络系统中各节点温度按从高到低排序后，第i位的节点温度；Th_avg为三维片上网络系统中所有节点的平均温度；m值小于等于节点总数目；

2)由映射结果确定片上网络体系结构的源与目的节点通信对，将建立的通信关系输入至片上网络仿真器配置文件中，由Nirgam加载配置信息，进行片上网络系统建模与仿真，以获得各节点的功耗、网络通信延时、吞吐量信息；

3)将系统各节点功耗轨迹及映射的布局结果输入Hotspot温度模型，获得芯片各层的温度分布；

4)判断当前的映射布局结果是否满足优化目标和设计约束条件，若满足则输出映射结果，若不满足，则调整第一阶段采用适应度函数中的m值，回到第一阶段重新产生一种映射布局，再重复继续上述两个阶段，直到获得符合需求的最优映射布局结果。

本发明的另一目的是提供一种实现上述核映射方法的系统，该系统包括以下模块：

(1)用于输入与保存各IP核的通信关系图以及片上网络体系结构图的模块；

(2)用于将IP核映射至三维片上网络系统的模块；

(3)用于三维片上网络性能仿真和温度分析的模块；

(4)用于判断映射布局结果是否满足优化目标和设计约束条件的模块；

(5)用于根据映射布局判断结果调整适应度函数的模块；

(6)输出映射布局最终结果的模块。