功率感知的动态自适应片上网络阈值路由方法技术

本发明专利技术涉及一种功率感知的动态自适应片上网络阈值路由方法，通过采用自适应阈值及其对应的动态阈值步长来预测片上网络的负载状况。通过采用自适应阈值变量，来实现只在需要的时候才选用非最小路由，克服算法过多选用非最小路由时，会引起大量的额外能耗；应用阈值步长变量将根据全局网络的情况而改变，以便控制阈值改变的幅度和速度；为蜻蜓状拓扑结构开发运用提供了合理的路由算法。实验结果证实，对比UGAL‑LVC‑H路由算法，本发明专利技术方法在功率延时积上分别平均可以节省6.53％(n＝4)以及5.93％(n＝8)，说明该功率感知的动态自适应片上网络阈值路由算法是一种有潜力替代的蜻蜓拓扑路由算法的方案。

Dynamic adaptive threshold routing method for power aware network on chip

【技术实现步骤摘要】
功率感知的动态自适应片上网络阈值路由方法
本专利技术涉及一种网络技术，特别涉及一种功率感知的动态自适应片上网络阈值路由方法。
技术介绍
片上网络(NoC)[1]是一种集成电路架构，它结合了计算机网络和并行计算的思想。作为片上系统(SoC)的一种通信架构，片上网络的提出在很大程度上解决了一系列问题，如片上系统通信总线结构的可扩展性差、互连延迟以及系统全局时钟同步问题等。在片上网络结构中，通信资源组成部分作为独立的设计组件，与计算资源组成部分同等重要。更重要的是，片上网络采用分组交换作为通信技术，采用全局异步，本地同步的通信机制，具有良好的空间可扩展性以及高效的并行通信能力。在片上网络设计中，许多因素需要考虑，如延迟、面积、吞吐量、功耗等[2]。特别是随着集成电路的发展，越来越多的处理单元被集中放置到一个芯片上，与此同时，芯片的功率密度也急剧增加。功耗问题已成为片上网络设计中极为重要的因素之一。虽然全局异步以及本地同步的特性在一定程度上降低了片上网络的功耗，但片上网络所引入的多处理器系统的通信功耗仍然是片上网络技术发展的一个瓶颈。互连网络的拓扑结构极大地决定了网络的通信性能和成本。网络结构的成本主要取决于通信通道的连线成本，尤其是来自长距离的全局互连通道。为了在不降低性能的前提下减少全局信道，减少数据包遍历的全局信道的平均数量所是很有必要的。因此，与扁平蝴蝶状拓扑结构[3]相对比，蜻蜓状拓扑结构[4]可以将单个数据包所穿越的全局信道数量减少到仅有一个。类似于蜻蜓状拓扑结构的高基数网络虽然减小了网络的直径，但与低基数网络相比却需要更长的互连线，因而产生更高的经济成本以及功耗开销。蜻蜓状的网络基数与网络规模的关系如图1所示。可以观察到，当网络基数线性增长时，网络的规模呈指数增长。其中，横轴的变量n表示单个路由器所连接的知识产权核(IPcore)的数量。在如此之高的网络规模下，当路由选择时遇到最差的路由传输状况，这将会产生巨额的绕路功耗，而这种最差的路由传输状况可能就是负载均衡路由算法所引起的。片上网络中的路由算法定义了源路由器和目标路由器之间的数据包路径。路由算法应注意防止死锁，活锁和饥饿的情况。死锁可以被定义为，当访问一组资源时结点之间产生循环依赖性，因此无论何种顺序的事件的发生，都不能使程序前向进展。活锁指的是在无法向目的地前进的情况下循环网络的数据包。当缓冲区中的数据包请求输出通道时会发生饥饿，这是因为输出通道始终分配给另一个数据包而被阻塞。在拥塞无关的算法中，路由决策与网络的拥塞程度无关。由于不考虑网络状态，此类策略可能会导致网络负载不均衡，而拥塞可能会显著增加数据包的服务时间。在拥塞感知的算法中，通常使用网络的拥塞状态来执行决策。大多数拥塞感知算法都考虑局部的流量状况，每个路由器分析其自身和相邻路由器的拥塞状况以选择输出信道。基于局部拥塞信息的路由决策仍然会导致流量负载的分布不均衡。GAL[5]自适应地感知全局拥塞并缓解GOAL在最好情况下的性能牺牲问题。与用于环状拓扑网络的其他路由算法相比，GAL是一种提供优化最坏情况和最好情况性能的路由算法。UGAL[6]适用于任何常规拓扑上的通用路由方案。UGAL在不牺牲最好情况任何性能的前提下，可以提供优化的最好情况。基于UGAL，已经提出了对它的两种修改方案[4]。UGALVC-H增加了选择性虚拟信道辨别，以消除由最小路径和非最小路径之间的本地信道共享而导致的带宽降级。虽然UGALCR使用信用往返延迟来感测全局信道拥塞程度，并且在上游传播该拥塞信息，通过更强的背压来消除降级的延迟，而不是通过提供队列占用比来进行拥塞感知。EDXY[7]方法的引入，使得其中路由器的拥塞信息通过单独的线路传播到其行和列结点。当数据包距离目的地仅为一行或一列时，才使用这些线路提供的非局部信息。区域拥塞感知(RCA)方法[8]在路由决策中利用非局部拥塞信息。在RCA中，为了提供全局拥塞信息，将局部计算的路由器拥塞度与从下游路由器传播的全局信号组合，并将新聚合的值发送到上游路由器。S.Z.Sleeba等人[9]提出了一种自适应路由机制，它可以在基于偏转路由器的网格片上网络中提供更均衡的流量分布。大量偏转的数据分片被重新规划路由，朝向网格的边缘或角落，从而减少了中央区域的路由器负载。上述所有的路由机制和路由算法，无论是拥塞无关路由算法还是拥塞感知路由算法，都逐步优化了片上网络在路由方面的性能。但这些策略要么只关注其他拓扑结构的负载均衡自适应路由算法，要么只关注对蜻蜓状结构片上网络的时延和吞吐量问题，都没有对蜻蜓状结构的片上网络进行功耗方面的讨论与分析。[1]L.Benini,andG.D.Micheli,“Networksonchips:AnewSoCparadigm,”computer35.1,2002,pp.70-78.[2]P.P.Pande,C.Grecu,M.Jones,A.Ivanov,andR.Saleh,“Performanceevaluationanddesigntrade-offsfornetwork-on-chipinterconnectarchitectures,”inIEEETransactionsonComputers,vol.54,no.8,2005,pp.1025-1040.[3]J.Kim,W.J.Dally,andD.Abts,“FlattenedButterfly:ACost-EfficientTopologyforHigh-RadixNetworks,”inProc.oftheInternationalSymposiumonComputerArchitecture(ISCA),SanDiego,CA,2007,pp.126–137.[4]J.Kim,W.J.Dally,S.Scott,andD.Abts,“Technology-Driven,Highly-ScalableDragonflyTopology,”2008InternationalSymposiumonComputerArchitecture,Beijing,2008,pp.77-88.[5]A.Singh,W.J.Dally,B.Towles,andA.K.Gupta,“Globallyadaptiveload-balancedroutingontori,”ComputerArchitectureLetters,3,March2004.[6]A.SinghandW.J.Dally,“Universalgloballyadaptiveloadbalancedrouting,”InConcurrentVLSIArchitecture(CVA)TechnicalReport,January2005.[7]P.Lotfi-Kamran,A.M.Rahmani,M.Daneshtalab,A.Afzali-Kusha,andZ.Navabi,“EDXY-Alowcostcongestion-awarerou本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率感知的动态自适应片上网络阈值路由方法，其特征在于，具体包括如下步骤：/n1)初始化蜻蜓状拓扑结构的基本设置，接着初始化自适应阈值AT、阈值步长step、自适应阈值的上界和下界，设置的自适应阈值AT设定范围为[0,max(Length

【技术特征摘要】
1.一种功率感知的动态自适应片上网络阈值路由方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1)初始化蜻蜓状拓扑结构的基本设置，接着初始化自适应阈值AT、阈值步长step、自适应阈值的上界和下界，设置的自适应阈值AT设定范围为[0,max(Lengthqnm)]，max(Lengthqnm)为非最小路由队列长度的最大值；
2)当出现从源结点S到目的结点D的传输请求时，首先根据全局等候队列的长度以及历史跳数计算步长step的值,以分析全局网络的拥塞程度，如果最小队列qm的长度大于非最小队列qnm与自适应阈值的和，则选择最小路由，若此时自适应阈值AT未达到上界upper，则自适应阈值AT将增加一个步长的值，如果AT达到上界upper，则AT保持不变；同...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴颂文，袁济宏，
申请(专利权)人：上海理工大学，云雾网联苏州智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31