[实用新型]多级多处理单元的可重构阵列的网络互连架构

说明书

技术领域

本实用新型涉及集成电路技术领域，特别涉及一种用于可重构处理阵列的互连结构。

技术背景

可重构阵列是由一定数量的处理单元通过一定的互连方式对不同的算法进行并行处理的一种处理器。相较于传统ASIC的设计周期长、设计成本高和其专用性以及通用处理器的不能充分利用算法并行性而只能实现指令级并行，可重构处理器有能够在性能、灵活性和成本等方面进行很好的平衡。基于可重构阵列的处理器可以很容易的解决阵列规模与算法计算规模的匹配问题，可以较灵活的实现块级和宏级并发执行操作。同时，基于可重构阵列的处理器简化了数据流的控制难度，其访存代价比基于指令的处理器小得多，并且具有同样的通用性，优势明显。

目前主流的可重构处理单元阵列大多采用点对点全局和部分互连的方式进行连接，全局互连能够快速的进行任意处理单元之间的数据交互，但过多的互连线导致阵列面积的增加和功耗的损失。而部分互连则是阵列中部分的阵列单元进行互连，减少互连线数量进而降低功耗和面积，但是部分互连使得算法映射难度增大，这是因为在算法映射过程中要考虑处理单元之间是否能够互连，从而确定映射方案。部分互连一般有二维网络互连，二维网络互连以及行/列间相邻处理单元互连，二维网络互连以及行/列间相邻处理单元互连和行/列间的处理单元全互连，棋盘距离为2的处理单元互连等。

综上所述，不论采用全局或部分互连都属于点对点互连且都有一定的弊端。

发明内容

为了克服现有技术的不足，提供实现可重构处理单元阵列的装置，能够保证数据交互速率的前提下最大限度的实现互连的灵活性并减少互连线数目，降低功耗。为此，本实用新型采取的技术方案是，多级多处理单元的可重构阵列的网络互连架构，包括三级互连架构：

第一级互连：二维mesh网络连接，即相邻的处理单元能够直接进行数据交互；

第二级互连：在相邻处理单元数据可直接交互的基础上能够进行二级互连，即每4个可重构处理单元与一个开关盒相连，这4个基本处理单元之间通过开关盒进行任意两个的数据交互，4个处理单元之间可以通过3种方式进行基于开关盒的数据交互：通过开关盒，每一个可重构处理单元都能够与其他三个处理单元进行数据交互；

第三级互连是开关盒之间的二维mesh网络的连接。

第三级互连是开关盒之间的二维mesh网络的连接是通过增加第二级互连中的开关盒端口得以实现，具体为开关盒端口数为n+4个，除与4个可重构处理单元相连外，其余端口与周边开关盒相连，形成开关盒二维mesh网络。

每个开关盒端口为6或8个，其中4个端口用于和4个可重构处理单元相连，余下的2或4个对应与周围的2个或4个开关盒相连，形成开关盒二维mesh网络。

与已有技术相比，本实用新型的技术特点与效果：

本实用新型所采用的二维mesh网络互连与开关盒的两种逻辑互连结构相结合的方式能够使得整个可重构阵列的互连可以根据算法的不同进行配置，使得其灵活性与全互连相当，但互连线数目大大减少，并且两种逻辑互连结构相结合的方式能够在可重构阵列中某条路径出现故障时以降低系统性能为代价继续运行，使得整个可重构阵列结构的稳定性大大提高。

附图说明

图1 16个可重构处理单元的二维mesh网络逻辑互连结构。

图2 4个处理单元与开关盒之间逻辑互连结构。

图3 4端口开关盒示意图(虚线代表开关盒，实线为所有可能连接方式，图中连线两两不相交)。

图4 与同一开关盒相连的处理单元通过开关盒相连的3种方式(虚线为开关盒，图中连线两两不相交)。

图5 8端口开关盒每个端口的连接方式(虚线为开关盒，每种配置下，至多有4条通路保证端口两两互连，图中连线两两不相交)。

图6 16个处理单元的可重构阵列逻辑互连结构。

具体实施方式

本实用新型是基于二维mesh网络与开关盒结合的多处理单元可重构阵列逻辑互连结构。如图1所示，这里我们以4x4阵列为例，但该实用新型不只限于该尺寸，它可应用于任意尺寸的二维mesh网络架构。mesh网络为网状网络。

本实用新型中，可重构处理单元阵列首先进行一级互连，二维mesh网络连接，即相邻的处理单元可以直接进行数据交互。这种交互方式是本实用新型所涉及的互连方式中数据交互速度最快的。这种互连方式保证了对相邻两个处理单元能够分享上一个计算周期计算结果的需求，这是最基本的算法映射需求。