[发明专利]一种基于当值缓存降低片上网络静态功耗的方法

说明书

本发明公开了一种基于当值缓存降低片上网络静态功耗的方法，目的是在不增加网络报文平均延迟的同时，降低路由器静态功耗损失。技术方案是改进路由器输入端口，在输入端口添加一个当值缓存、一个唤醒计数器、N个选择器、一个断电控制逻辑，在输入端口N个虚拟通道的电源上添加电源门控开关，并改进输入端口控制器；电源门控开关和断电控制逻辑对输入端口虚拟通道电源进行控制，降低虚拟通道静态功耗；输入端口控制器、输入端口分配器、唤醒计数器和当值缓存配合工作，替换处于断电或唤醒状态的虚拟通道存储报文，避免增加报文传输延迟。采用本发明既可降低片上网络的静态功耗，又可避免虚拟通道唤醒过程导致报文传输延迟增加。

技术领域：本发明涉及计算机体系结构领域片上网络路降低功耗的由器方法，尤其涉及一种采用当值缓存(Duty Buffer)降低片上网络静态功耗方法。

背景技术：近年来，多核处理器逐渐成为现代高性能处理器的发展趋势。但是随着处理器核心和功能单元的增加，传统的通信结构难以解决不断增加的通信问题。为解决由于通信问题产生的性能瓶颈，在第38届电子设计自动化会议上，W.J.Dally教授借鉴于片外网络的结构特点，在《Route Packets,Not Wires:On-chip Interconnect Networks》(传输报文，而不是连线：片上互连网络)一文中较为系统的提出片上网络概念。很快，学术界针对片上网络开展了大量的研究工作，并且很多技术应用于现代商用处理器上。

虽然近年来片上网络在多核处理器方面取得了很大成功，但是随着功能单元数量的增加，网络规模不断增大，节点间的距离增加，随之而来的网络节点间的电阻增加,节点之间的通信延迟增大，使得网络路由器输入端口需要更多的缓存资源，这些缓存不仅消耗大量的芯片面积，更造成大量的静态功耗损失。根据研究表明缓存造成静态功耗损失占整个网络静态功耗的80％。而且随着半导体工艺技术的发展，静态功耗占芯片整体功耗的比例不断增大。如果以现有的片上网络技术发展高性能多核处理器，在不远的将来整个芯片的能耗将很快达到150w。而片上网络中的缓存消耗主要是来自于网络路由器输入端口的虚拟通道。以上原因使得减少片上网络中路由器输入端口缓存的静态功耗成为减少网络整体功耗的关键。

片上网络路由器硬件结构如图1所示，片上网络路由器由输入端口、路由计算模块、虚拟通道分配器、交叉开关分配器、交叉开关和输出端口组成。输入端口与上游路由器的输出端口、路由计算模块和交叉开关相连，从上游路由器接收报文，对报文进行存储，并向路由计算模块发送路由计算请求，当报文离开输入端口发向交叉开开关，输入端口向上游路由器发送一个信元(信元是一个通信信号，告知上游路由器，本地路由器哪条虚拟通道发送了报文)；路由计算模块与输入端口、虚拟通道分配器和交叉开关分配器相连，从输入端口接收路由计算请求，采用路由算法确定报文的输出端口编号，并将报文的输出端口编号发送给虚拟通道分配器，同时向交叉开关分配器发送使用交叉开关请求；虚拟通道分配器与路由计算模块和输出端口相连，接收来自路由计算模块的报文的输出端口编号，结合输出端口状态，仲裁一条用于存储该报文的下游路由器虚拟通道，并将虚拟通道的仲裁结果(即下游路由器存储该报文的虚拟通道编号)通过路由计算模块发送到输入端口，在报文离开输入端口时，输入端口将报文携带的虚拟通道标记位更改为该虚拟通道编号，以便下游路由器存储该报文；交叉开关分配器与路由计算模块、交叉开关和输出端口相连，接收来自路由计算模块的使用交叉开关请求，根据输出端口状态，向交叉开关发送使用交叉开关分配请求(即报文在本地路由器虚拟通道编号和输出端口编号)。交叉开关与虚拟通道、输出端口和交叉开关分配器相连，从虚拟通道接收报文，根据来自交叉开关分配器的仲裁结果，将报文发送到指定输出端口；输出端口与交叉开关、虚拟通道仲裁器、交叉开关仲裁器和下游路由器的输入端口相连，接收来自交叉开关的报文，将报文发送到下游路由器的输入端口(一个输出端口，在一个时钟周期只能发送一个报文到下游路由器)，并负责接收来自下游路由器的信元，监控下游路由器空闲存储空间数量。