一种星簇双环片上网络拓扑结构制造技术

一种星簇双环片上网络拓扑结构，由４ｍ×２ｋ个处理单元和４ｍ个交换节点组成，每２ｋ个处理单元连接成星型网络拓扑结构，共得到４ｍ个星型结构；将４ｍ个星型结构中交换节点连接成ＤＬ（２ｍ）互连网络拓扑结构。本发明专利技术具有正规性、对称性、平面性、简单的交换节点、良好的可扩展性和较低的网络成本以及简单的路由策略。本发明专利技术中一个交换节点连接４个处理单元，减少了处理单元之间的通信距离，增强了系统的本地特性，减小了系统的延迟并提高了系统的吞吐量。本发明专利技术的交换节点和处理单元可以采用一种新的约翰逊编码方法，该编码方法使得交换节点和处理单元的编码隐含互连网络的相邻节点和链路信息；使得路由算法设计简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于片上网络
，特别是一种用于片上网络的网络拓扑结构，称之为星簇双环片上网络拓扑结构。
技术介绍
随着半导体工艺的不断发展，现在的SoC中可包含一个或多个处理器、存储器、模拟电路、数模混合电路以及片上可编程逻辑等(Intellectual Properties)IP核。但是，随着SoC中所包含的IP核数目增加，现有的以总线结构为通信基础的SoC技术面临着在性能、功耗、延时和可靠性等方面的巨大挑战。为了克服复杂SoC面临的各种问题，一些研究机构借鉴和吸收了并行计算的一些思想，提出了以通信为核心的复杂SoC的IP核的集成方法，即片上网络(Network-on-Chip，NoC)。NoC采用基于包交换的方法和分层方法来替代原先的传统总线，实现了处理单元(Process Element，PE)与通信结构(网络)的分离。NoC网络传输信息的能力主要依靠其拓扑结构，它对网络延迟、吞吐量、面积、容错、功耗有很大影响外，对设计策略和内核到网络节点的映射起着重要的作用。目前，理论上还不能证明可以用最优的拓扑结构来实现任何一个给定的应用。虽然专用的网络结构能提高性能、降低功耗、减小面积，但采用不规则的网格拓扑结构会引起版图设计、不均匀的线长等设计问题。因此，选择合适的NoC拓扑结构是NoC设计中非常关键的问题之一。目前，大部分的NoC研究和设计借鉴了并行计算机体系结构中的静态网络结构，包含规则和不规则两种结构。常见规则结构如KTH Nostrum的2D-mesh，3D-mesh结构，Torus结构，UPMC SPIN的扁平树结构，八角形结构、Spidergon结构和Proteo的环形结构等。多家研究机构采用了2D-mesh或者其变形的Torus结构为网络的拓扑结构。不规则的结构是由规则结构组合而成的。基于簇的Mesh拓扑结构(Cluster-Mesh，CM)中一个交换节点连接4个PE，改变了传统结构的一个交换节点连接一个PE的方式，进一步减少PE之间的通信距离，增强了系统的本地特性，提高了系统的性能。对于2维平面互连网络，节点的拓扑相邻一定是空间相邻的，平面性网络-->拓扑结构的这个性质极大的方便了芯片的布局布线。NoC要求网络结构具有可扩展性和可重用性。网络节点的度反映了路由节点的复杂度，NoC要求路由节点简单(节点度小)，而且网络又要具有路径多样性。对于平面性的、对称的、路由器端口数(网络连接度)小、路由算法简单高效以及良好可扩展的网络结构在NoC中更容易实现。在给定网络拓扑和各种PE之间的通信量的前提下，NoC内部PE之间的通信路由极大的影响了网络性能，因此，路由策略也是NoC中需要解决的一个重要问题。在NoC中采用路由算法来实现路由时，要求设计出比宏观网络更加简单的路由器硬件结构来实现路由和交换等功能，以满足有限的硅片资源和低延时等VLSI实现要求。在并行计算Hypercube拓扑结构中，采用二进制格雷编码对节点进行编码，在路由时能很容易计算源节点和目的节点之间的距离，这种编码的网络拓扑具有很好的扩展性，并且使得路由算法非常简单和高效。
技术实现思路
本专利技术的目的是：根据片上网络的基本要求，在平衡性能、成本以及实现的基础上，提出了一种新的可扩展片上互连网络拓扑结构——星簇双环(Star-Cluster Double-Loop，SCDL(2m，2k))片上网络拓扑结构。该拓扑结构的每个交换节点的连接度相同，使得片上网络设计可以进行可复用设计。SCDL(2m，2k)的交换节点和PE可以采用一种新的约翰逊编码方法，该编码方法使得交换节点和PE的编码隐含互连网络的相邻交换节点和链路信息，极大的简化了路由算法的实现。本专利技术的技术解决方案是：一种星簇双环(Star-Cluster Double-Loop，SCDL(2m，2k))片上网络拓扑结构，SCDL(2m，2k)互连网络拓扑由4m×2k个处理单元(Process Element，PE)和4m个交换节点组成，SCDL(2m，2k)互连网络拓扑中一个交换节点连接4个处理单元，对于4m×2k个处理单元和4m个交换节点的SCDL(2m，2k)互连网络拓扑，按如下方法来连接：1)首先，每2k个处理单元连接成星型网络拓扑结构，共得到4m个星型结构；2)将4m个星型结构中交换节点连接成DL(2m)互连网络拓扑结构，这样就形成了包含4m×2k个处理单元和4m个交换节点的SCDL(2m，2k)互连网络拓扑。SCDL(2m，2k)的交换节点和处理单元采用如下编码方法，每个处理单元编码由两部分(As，Ad)组成，其中Ad采用m+1位二进制约翰逊码为每个星型结构的编-->码即双环中的交换节点编码，As采用k位二进制约翰逊码为星型结构内处理单元的编码。本专利技术在平衡性能、成本以及实现的基础上，给出了一种星簇双环(Star-Cluster Double-Loop，SCDL(2m，2k))片上互连网络拓扑结构，SCDL(2m，2k)互连网络拓扑结构具有正规性、对称性、平面性、简单的交换节点、良好的可扩展性和较低的网络成本以及简单的路由策略。SCDL(2m，2k)中一个交换节点连接4个PE，减少了PE之间的通信距离，增强了系统的本地特性，减小了系统的延迟并提高了系统的吞吐量。SCDL(2m，2k)的交换节点和PE可以采用一种新的约翰逊编码方法，该编码方法使得交换节点和PE的编码隐含互连网络的相邻节点和链路信息；交换节点编码形成4m个交换节点的SCDL(2m，2k)互连网络时，若交换节点编码位数每增加一位，相应的交换节点个数只增加4个；任意交换节点编码有且仅有三个相邻交换节点编码；交换节点和PE的编码中含有路由信息，使得路由算法设计简单。该拓扑结构是一种适合片上网络的拓扑结构。附图说明图1：DL(2m)互连网络拓扑结构及其节点编码(m＝4)示意图；图2：SCDL(2m，2k)网络拓扑结构及其交换节点和PE编码(m＝4，k＝2)，为本专利技术结构示意图；图3：SCDL(2m，2k)网络拓扑结构的芯片布局(m＝4，k＝2)，为本专利技术网络拓扑结构的芯片布局示意图。具体实施方式下面结合附图具体详细介绍本专利技术的具体实施方案。预备知识定义1 如果一组二进制编码具有如下性质：①任意两个相邻的编码有且仅有一位不同(单位距离性质)；②第一个编码和最后一个编码也有且仅有一位不同(循环性质)。这样的二进制编码称之为二进制单位距离循环码。本专利技术提出了一种新的编码方法，其定义如下：定义2 对于递减整数序列(n-1，n-2，...，2，1，0)，采用位的编码表示整数序列的每个值，如果该编码具有定义1的性质并且满足：①当整数k<m时，则k的编码形式为Q＝Zm-1...ZkOk-1...O0，“Zm-1...Zk”代表为全“0”的序列部分，“Ok-1...O0”代表全“1”的序列部分，并且当k＝0时，Q为m位的全“0”序列；②当-->整数k≥m时，则k的编码形式为Q＝Om-1...OkZk-1...Z0，“Zk-1...Z0”代表为全“0”的序列部分；“Om-1...Ok”代表全“1”的序列部分，并且当k＝m时，Q为m位的全“1”序列。称该整数序列的编码为二进制约翰逊编码。定义3 对于互连网络中的任意两个节点，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种星簇双环（Ｓｔａｒ－Ｃｌｕｓｔｅｒ　Ｄｏｕｂｌｅ－Ｌｏｏｐ，ＳＣＤＬ（２ｍ，２ｋ））片上网络拓扑结构，其特征在于：ＳＣＤＬ（２ｍ，２ｋ）互连网络拓扑由４ｍ×２ｋ个处理单元（Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｅｌｅｍｅｎｔ，ＰＥ）和４ｍ个交换节点组成， ＳＣＤＬ（２ｍ，２ｋ）互连网络拓扑中一个交换节点连接４个处理单元，对于４ｍ×２ｋ个处理单元和４ｍ个交换节点的ＳＣＤＬ（２ｍ，２ｋ）互连网络拓扑，按如下方法来连接：１）首先，每２ｋ个处理单元连接成星型网络拓扑结构，共得到４ｍ个星型结构；２）将４ｍ个星型结构中交换节点连接成ＤＬ（２ｍ）互连网络拓扑结构，这样就形成了包含４ｍ×２ｋ个处理单元和４ｍ个交换节点的ＳＣＤＬ（２ｍ，２ｋ）互连网络拓扑。

【技术特征摘要】
1、一种星簇双环(Star-Cluster Double-Loop，SCDL(2m，2k))片上网络拓扑结构，其特征在于：SCDL(2m，2k)互连网络拓扑由4m×2k个处理单元(ProcessElement，PE)和4m个交换节点组成，SCDL(2m，2k)互连网络拓扑中一个交换节点连接4个处理单元，对于4m×2k个处理单元和4m个交换节点的SCDL(2m，2k)互连网络拓扑，按如下方法来连接：1)首先，每2k个处理单元连接成星型网络拓扑结构，共得到4m个星...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘有耀，杜慧敏，张丽果，韩俊刚，
申请(专利权)人：西安邮电学院，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]