[发明专利]一种带有均衡策略的无虚通道容错路由算法

说明书

一种带有均衡策略的无虚通道容错路由算法,设置相应的故障模型和故障绕行策略保障网络的可靠性，并将数据负载分配到其他空闲的通信节点上，使得空闲的带宽资源能被充分的利用，在保证网络不发生死锁的同时减少了过热通信节点的数量、缓解了局部过热和路径拥塞问题，降低了数据包的平均延迟，提升了NoC的性能。本发明的目的在保障网络可靠性的前提下充分利用片上网络的带宽资源并缓解局部过热和路径拥塞问题，最大化保障网络的性能。

所属技术领域

本发明涉及片上网络设计，尤其涉及片上网络的可靠性设计。

背景技术

随着集成电路制造工艺的不断发展，集成在芯片上晶体管的数量也随之增多，已超过几十亿晶体管的规模，因此芯片上可以集成越来越多的IP核。随着芯片中IP核数量的增多，基于总线结构的片上系统(System-on-Chip, So C)将面临以下问题：可扩展性问题、不能真正实行并行通信而引起的通信效率问题、由于全局同步而引起的功耗和面积等问题，这些都是片上系统无法逾越的障碍。因此，为了解决传统的 So C 所面临的问题，片上网络(Network-on-Chip, NoC)作为一种全新的互联结构被提出来。片上网络不仅从通信架构上解决了传统SoC 所固有的问题，还采用了全局异步局部同步（Globally AsynchronousLocally Synchronous, GALS）的通信机制，使得NoC成为面向纳米工艺的新型体系结构。

伴随着芯片特征尺寸的持续下降、芯片密集度和复杂度的不断增大，芯片对制造工艺偏差、外界干扰和元器件老化变得越来越敏感，致使发生故障的可能性变大，而且芯片在使用过程中产生的热量会加剧故障发生的可能性．这些故障可能会使NoC性能急剧下降甚至直接瘫痪．因此，为了确保芯片工作的可靠性，必须要对芯片进行容错设计。

容错技术是片上网络NoC提供可靠性数据通信的关键技术之一，是影响网络吞吐量和延迟性能的重要因素。一个高效的容错路由算法能在NoC发生故障时，能在很大程度上降低No 的性能损失。容错路由算法是NoC容错技术中容忍永久性故障的主要方法。当前容错路由算法按照是否使用虚通道可分为基于虚通道的路由算法和无虚通道路由算。使用虚通道虽然可以解决死锁问题，并在一定程度上提升网络的吞吐量，但是会导致NoC硬件开销增大、硬件复杂度变大、带宽下降。此外，研究容错路由算法必须基于一定的故障模型，容错路由算法采用的故障模型按照故障粒度的大小可以分为区域故障模型、单故障模型和细粒度故障模型。然而，当前针对不同粒度故障模型NoC容错路由算法的研究还存在一些不足，主要体现在以下三个方面：（1）单故障模型容错路由算法采用“一步一比较”的数据传输方式，导致整个网络的平均延迟较高（2）现有细粒度故障模型处理链路故障的方式过于粗犷，使得节点内的很多有效资源无法得到充分的利用；（3）细粒度故障模型容错路由算法采用传统的“避绕容错”方式处理通道故障，导致数据的路由路径过长，整个NoC的网络性能较低。

然而，目前的容错方法只把工作都集中在容错上，而忽略了负载的均衡和功耗的分布，导致数据包在收发过程中平均延迟变大、网络中出现局部过热和路径拥塞等问题，严重影响了NoC的性能。因此有必要发明新型的具有均衡策略的容错路由算法来缓解局部过热和路径拥塞问题，提升片上网络的性能。

发明内容

本发明的目的在保障网络可靠性的前提下充分利用片上网络的带宽资源并缓解局部过热和路径拥塞问题，最大化保障网络的性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种带有均衡策略的无虚通道容错路由算法，设置相应的故障模型和故障绕行策略保障网络的可靠性，并将数据负载分配到其他空闲的通信节点上，使得空闲的带宽资源能被充分的利用，在保证网络不发生死锁的同时减少了过热通信节点的数量、缓解了局部过热和路径拥塞问题，降低了数据包的平均延迟，提升了NoC的性能。