[发明专利]一种互连网络及其通信方法

说明书

本发明公开了一种互连网络及其通信方法。所述互连网络包括：多块电路板；各电路板上均设置路由节点和多个芯片，一个芯片为一个计算节点；路由节点与所在电路板上的多个芯片无线连接；各路由节点均与相邻电路板上的路由节点有线连接；任意一块电路板上的多个芯片之间无线连接。本发明中一个电路板为一个簇，采用无线通信方式支持分簇式网络中的簇内通信，采用有线通信方式支持簇间通信，既解决了现有系统中由簇内布线复杂引起的相关问题，又能控制不同簇之间的相互干扰。

技术领域

本发明涉及互连网络及无线通信领域，特别是涉及一种互连网络及其通信方法。

背景技术

近年来，神经形态计算得到了人们的广泛关注。作为一种非冯·诺依曼体系的新型计算架构，神经形态计算有望能解决当前集成电路产业面临的摩尔定律放缓、能耗升高和冯·诺依曼瓶颈等诸多挑战，具有广阔的应用前景。截至目前，以TrueNorth、SpiNNaker为代表的神经形态系统先后问世。这些系统往往由上万块电路板组成，而每块电路板上又集成了数十枚神经形态芯片。海量的芯片之间可以互相通信，从而形成了大规模的互连网络。从拓扑结构的角度看，互连网络中的一个电路板可视为一个簇，一个芯片可视为一个计算节点。因此，神经形态系统中的芯片互连形成了一个包含了上万个簇、数十万个计算节点的分簇式网络。

在当前神经形态系统中，芯片间是通过有线方式连接的。然而，随着系统规模的日渐扩大，芯片间布线越来越复杂。这导致了有线连接在数据容量、功耗及线间串扰等方面的问题会越来越突出。不过，随着5G时代的到来，无线通信技术有望解决芯片间有线连接的这些困难。若在当前系统的分簇式网络中使用无线通信技术来实现互连，那么网络中的簇即可视为蜂窝小区，从而分簇式网络即可视为蜂窝网络。基于蜂窝通信原理，通过为不同的簇分配不同的信道可以有效避免邻簇之间的干扰，而通过时分多址的方式可以区分簇内的计算节点。此外，由于无线通信固有的广播特性，一个簇内的某个计算节点发射的信息可以同时被该簇内其他所有的计算节点都接收到。因此，一个簇内的计算节点将按照一种令牌总线的工作模式来通信。

在互连网络架构方面，当前神经形态系统中的芯片是有线互连的，芯片间布线复杂及其引起的相关问题会影响系统的工作性能。为了解决这个挑战，采用无线连接取代现有系统中的有线连接一个有前景的解决方案。在现有的无线互连方案中，一种方案为基于蜂窝Ad hoc的芯片间无线互连系统组网方法，其方案采用了纯无线互连架构。此外，另外一种芯片间无线互连结构，其方案主要设计了纯无线互连网络的物理层架构。然而，一个神经形态系统中包含上万个簇，若在簇间通信中采用无线连接会带来严重的干扰问题，同时还会大大增加通信复杂度，得不偿失。

发明内容

基于此，有必要提供一种互连网络及其通信方法，以采用无线通信方式支持分簇式网络中的簇内通信，采用有线通信方式支持簇间通信，既解决了现有系统中由簇内布线复杂引起的相关问题，又能控制不同簇之间的相互干扰。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种互连网络，包括：多块电路板；各所述电路板上均设置路由节点和多个芯片，一个所述芯片为一个计算节点；

所述路由节点与所在电路板上的多个所述芯片无线连接；各所述路由节点均与相邻电路板上的路由节点有线连接；任意一块所述电路板上的多个所述芯片之间无线连接。

可选的，相邻电路板所采用的信道频率不同；所述电路板上任意两个计算节点之间采用集中式令牌总线通信。

可选的，所述互连网络，还包括多个无线模块；各所述路由节点和各所述计算节点均连接一个所述无线模块。

可选的，各所述路由节点和各所述计算节点与对应的所述无线模块通过有线方式连接。

本发明还提供了一种互连网络通信方法，所述方法用于上述所述的互连网络中，所述方法包括：