[发明专利]一种基于众核系统的数据迁移系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于众核系统的数据迁移系统及方法。在众核系统中，下一层的PE中CPU与上一层PE中SRAM通过AHB连接；当上一层的PE损坏时，通过数据迁移指令使下一层的PE对上一层的PE中SRAM进行读写操作；master/slave转换器设置在下一层的PE与上一层的PE之间，master/slave转换器的slave接口与下一层的PE中CPU的master接口连接，转换成符合上一层PE中AHB协议的master接口，通过AHB协议与上一层PE中SRAM的slave接口连接，实现对上一层PE中SRAM进行控制。本发明能够高性能、低能耗的进行片间数据迁移。

技术领域

本发明涉及数据迁移领域，特别是涉及一种基于众核系统的数据迁移系统及方法。

背景技术

随着微电子半导体技术的进步，为了满足越来越高的计算要求，越来越多的运算核被集成到了芯片中。一方面，由于单位芯片高密度的集成，导致芯片面积上的功耗密度也越来越大，进而产生大量的热量，使得芯片上核芯的温度也越来越高，形成局部热点，可能导致芯片烧毁。再者比如电迁移、栅氧化层

击穿、机械疲劳等都会使得芯片失效而报废。因此，为了减少系统的平均失效时间（Mean Time To Failure，MTTF），需要高可靠性的多核嵌入式系统，对于涉及高可靠性的多核嵌入式系统来说，可靠性就成了一个有待解决的至关重要的问题。高可靠性系统的设计依赖于系统中各个组成模块的可靠性设计，比如处理器、互连通信网络和存储器。然而，随着系统组成模块越来越多，系统组成模块的可靠性设计也越来越复杂与困难，与之而来的是需要更好的设计技术。

数据迁移能够有效的解决众核系统负载分布、温度和热量、能耗和容错等问题。

在分布式系统中由于每个核上执行的任务的性质不一样，在异构多核系统中还由于每个核的性能不同，或者任务的动态注入，都会导致每个核上运行负载量不同，导致有的节点负载过重，而有的节点负载过轻甚至于处于空闲状态从而导致系统资源的浪费，在一定程度上造成众核系统的性能损失。负载平衡算法可以把负载过重的节点上的数据迁移一部分到轻载节点或空闲节点上去，使得众核系统中所有节点几乎拥有相同的任务量，其结果使得整个系统的运行时间缩短，运算速度加快，处理能力提高。

随着芯片集成越来越密集，芯片功耗密度也越来越大，导致芯片温度也是急剧增加。温度的升高不仅缩短芯片的使用寿命、降低其性能与可靠性，而且还增加了冷却的代价。更甚的是，由于温度的升高会导致泄露功耗的增加，而增加的泄露功耗反过来又会使温度升高，在芯片中产生局部热点，严重时会烧毁芯片进而使整个芯片报废。而产生温度或热量分布不均匀的原因之一就是众核系统中不同核上分配的任务量不同。

解决方法是把众核系统控制在一个安全的温度下运行。数据迁移技术能够有效的解决这一问题。

在芯片设计过程中必须很好的控制芯片的能耗。目前已经有大量的工作对其进行了研究。例如前面提到的门控时钟、动态电压和动态频率等等，都能够减少芯片的能耗。此外，由于能耗只在芯片运行时才会产生，所以如果对于相同的应用，能够通过某种方式缩短众核系统的运行时间，那么也能够降低系统的能耗开销。这种方法就是数据迁移。基于降低能耗的数据迁移算法设计也有很多。

由于多核芯片的运行时间一般与其上运行时间最长的那个核的运行时间一致，因此，把运行时间最长的那个核上的分数据迁移到其他运行时间较短的核上去执行，这样就可以缩短芯片的运行时间，因此也就能够降低芯片的能耗。

一种传统的处理系统容错的方法是采用资源冗余，例如在物理结构上采用硬件结构备份用以替换失效的物理结构。这种方法通过对冗余核进行重配置虽然可以起到容错的效果，但是却增大了面积开销。并且如果冗余核再坏了，那为了达到容错的目的则还需要另外的冗余核，这样就会造成芯片面积的成倍增加，并且在核没坏的情况下冗余核完全没有被使用，这同时也造成了资源的浪费，使得整个多核系统的资源利用率下降。因此，虽然冗余核的使用能够达到容错的目的，但是缺点也很突出。