本發(fā)明主要涉及到微處理器的片上網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特指一種基于溫度等級(jí)的超前階梯式緩沖區(qū)調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)：

隨著集成電路制造工藝遵循摩爾定律的快速發(fā)展，片上集成度的指數(shù)增長，微處理器等復(fù)雜的集成電路芯片的功耗越來越大，已經(jīng)接近封裝和散熱的極限，不但帶來生產(chǎn)和運(yùn)維成本的增加，而且給芯片的穩(wěn)定性帶來巨大挑戰(zhàn)。三維片上網(wǎng)絡(luò)（3D-NoC）技術(shù)減小了全局互連線的長度并且以更低的功耗提供了更大的帶寬。然而由于互連線的縮短以及流量的增加產(chǎn)生了大量的熱量，為了減小面積、延遲等，眾核的排列更為緊密，由于塊堆疊以及更大功耗密度導(dǎo)致散熱更加的困難，從而導(dǎo)致更高的功耗密度，因此會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的溫度問題。同時(shí)，更長的熱消散路徑以及不同層之間的熱導(dǎo)不同，導(dǎo)致即使一個(gè)流量分配平衡的網(wǎng)絡(luò)，溫度的分配也是不平衡的。溫度問題會(huì)影響系統(tǒng)性能，增加漏流功耗，這些反過來又作用于溫度，進(jìn)一步導(dǎo)致更加嚴(yán)重的溫度問題，因此大部分的微處理器的廠商將對CPU主存的競爭轉(zhuǎn)向?qū)φw體系結(jié)構(gòu)的研究，做到性能和功耗的均衡。

在三維片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）體系結(jié)構(gòu)中，不同的互連模塊通過路由節(jié)點(diǎn)連接，一個(gè)三維Mesh 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的NoC，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都嵌入一個(gè)路由器負(fù)責(zé)與相鄰節(jié)點(diǎn)連接，每個(gè)路由器有東（E）、南（S）、西（W）、北（N）、上（UP）、下（DOWN）和本地（LO）七個(gè)端口，每個(gè)端口帶有相應(yīng)的輸入緩沖區(qū)，其中本地端口與處理節(jié)點(diǎn)相連。在NoC 設(shè)計(jì)中，緩沖區(qū)大小直接影響數(shù)據(jù)包的傳輸延時(shí)，因此對存在嚴(yán)重資源限制的NoC的緩沖區(qū)資源做出合理的分配是NoC 研究的熱點(diǎn)之一。

為了解決溫度問題，一些在時(shí)間和空間上對溫度進(jìn)行管理的方法被普遍的提出和應(yīng)用，其中最主要的是動(dòng)態(tài)溫度管理和溫度感知自適應(yīng)路由。對于采用動(dòng)態(tài)溫度管理的方法，會(huì)極大的降低網(wǎng)絡(luò)的有效性并導(dǎo)致較低的吞吐率，使規(guī)則的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將會(huì)變的不規(guī)則，流量將會(huì)被擁塞在扼殺節(jié)點(diǎn)處，增大傳輸延時(shí)，極大影響了整個(gè)系統(tǒng)的性能和吞吐率；對于一些路由調(diào)節(jié)算法，以前大部分的工作只考慮了溫度問題或是只考慮了流量問題，傳統(tǒng)的選擇策略基于溫度問題進(jìn)行路徑的選擇會(huì)導(dǎo)致局部的擁塞問題，造成流量的極大不均衡并由此導(dǎo)致溫度的不平衡，基于流量信息進(jìn)行路徑的選擇導(dǎo)致未察覺潛在的熱點(diǎn)，造成巨大的性能影響。

綜上所述，將動(dòng)態(tài)溫度管理方法和自適應(yīng)路由算法相結(jié)合將會(huì)成為解決大規(guī)模3D-NoC問題的很好的方法。在這一方面，當(dāng)前最新的技術(shù)是一種簡單的動(dòng)態(tài)緩沖區(qū)擁塞感知路由技術(shù)，這種技術(shù)根據(jù)相鄰路由間的溫度增長率的比值來進(jìn)行緩沖區(qū)的動(dòng)態(tài)調(diào)控，在路由方面采用環(huán)形擁塞感知路由和垂直路由相結(jié)合的路由選擇算法，在選擇策略方面采用一種基于緩沖區(qū)利用率大小的方法來進(jìn)行路徑選擇。

但是上述方法仍然存在著一些問題，例如該技術(shù)采用的根據(jù)溫度增長率比值對緩沖區(qū)進(jìn)行的調(diào)控不是很精確，僅考慮溫度的增長率會(huì)忽略溫度基數(shù)的問題，造成錯(cuò)誤的調(diào)控；同時(shí)因?yàn)椴捎孟噜徛酚砷g的溫度增長率的比較，結(jié)合溫度增長率自身的特點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致及其頻繁的調(diào)控，也會(huì)造成大量的功耗。該技術(shù)采用的垂直路由方法將大量的傳輸集中在底層，這樣雖然有降低溫度的可能性，但是會(huì)造成大量的擁塞，同時(shí)增加傳輸延遲。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種原理簡單、易實(shí)現(xiàn)、功耗較低、準(zhǔn)確度和靈活性高的基于溫度等級(jí)的超前階梯式緩沖區(qū)調(diào)節(jié)方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于溫度等級(jí)的超前階梯式緩沖區(qū)調(diào)節(jié)方法，其步驟為：

S1：計(jì)算溫度等級(jí)；獲得當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的溫度，預(yù)測得到下一時(shí)刻的溫度值，并得到當(dāng)前溫度的變化速度，進(jìn)一步得到經(jīng)過t時(shí)間的溫度值；將溫度分為若干個(gè)等級(jí)，當(dāng)t時(shí)間后的溫度值達(dá)到某等級(jí)時(shí)，給定溫度等級(jí)指示值；

S2：將溫度等級(jí)指示值作為分級(jí)指示信號(hào)送入與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)相連的周邊路由節(jié)點(diǎn)，根據(jù)分級(jí)指示信號(hào)對緩沖區(qū)大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟S1的具體步驟為：

S101：得到當(dāng)前的溫度T_now，預(yù)測得到下一時(shí)間的溫度T_pre，時(shí)間間隔為t_k，由此計(jì)算出溫度的變化速度為(T_pre-T_now)/t_k；

S102：結(jié)合當(dāng)前的溫度與給定的時(shí)間段t，計(jì)算t時(shí)刻后的溫度T_t=T_now+t*( T_pre-T_now) /t_k；

S103：將溫度分為幾個(gè)等級(jí)，當(dāng)溫度達(dá)到等級(jí)要求時(shí)，給定溫度等級(jí)指示值，用于下一階段緩沖區(qū)調(diào)控。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟S2中，當(dāng)溫度增加達(dá)到設(shè)定等級(jí)時(shí)，將相應(yīng)緩沖區(qū)調(diào)小；當(dāng)溫度減小又低于設(shè)定等級(jí)時(shí)，將相應(yīng)緩沖區(qū)調(diào)大，以達(dá)到緩沖區(qū)的階梯控制。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟S2中，在節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行溫度等級(jí)信號(hào)的傳輸；當(dāng)?shù)玫搅讼鄳?yīng)的溫度等級(jí)信號(hào)后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)與各個(gè)方向相鄰節(jié)點(diǎn)均由一個(gè)溫度等級(jí)指示信號(hào)線連接，用來傳輸溫度等級(jí)信號(hào)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述節(jié)點(diǎn)將一個(gè)方向上的溫度等級(jí)指示信號(hào)通過temp_level端口經(jīng)過信號(hào)線temp_level_to_d傳輸給下個(gè)路由對應(yīng)方向的temp_level_neighbor端口，其中d代指方向；每個(gè)路由通過每個(gè)方向上的temp_level_neighbor端口的信號(hào)值對每個(gè)方向上的緩沖區(qū)大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明的基于溫度等級(jí)的超前階梯式緩沖區(qū)調(diào)節(jié)方法，可以極為方便的得到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的溫度等級(jí)，根據(jù)溫度等級(jí)，對其周邊路由相對于其方向上的緩沖區(qū)進(jìn)行調(diào)整，具有調(diào)節(jié)方便，功耗低，溫控效果好的優(yōu)點(diǎn)，最終能夠準(zhǔn)確的控制緩沖區(qū)的大小，減少頻繁而無用的調(diào)控，降低調(diào)控所產(chǎn)生的總功耗，并且增加了調(diào)控的力度與靈活性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的整體流程示意圖。

圖2是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中溫度等級(jí)的計(jì)算流程圖。

圖3是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中進(jìn)行緩沖區(qū)調(diào)節(jié)的流程示意圖。

圖4是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中路由緩沖區(qū)的原理示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明所提及的“緩沖區(qū)”是指路由的輸入緩沖區(qū)，用來緩存進(jìn)入路由的飛片，等待路由計(jì)算、開關(guān)分配等一系列后續(xù)的操作。目前提出的大多數(shù)片上路由的緩沖區(qū)管理使用的是FIFO策略，使用簡單的蟲孔片上路由器結(jié)構(gòu)，以飛片作為最小的流控單元進(jìn)行傳輸控制，本發(fā)明正是基于上述的結(jié)構(gòu)及功能提出了本調(diào)節(jié)方法。

如圖1所示，本發(fā)明的基于溫度等級(jí)的超前階梯式緩沖區(qū)調(diào)節(jié)方法，步驟為：

S1：計(jì)算溫度等級(jí)；

采用傳感器獲得當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的溫度，并根據(jù)預(yù)測算法得到下一時(shí)刻的溫度值，根據(jù)計(jì)算得到當(dāng)前溫度的變化速度（溫度變化率），進(jìn)一步得到經(jīng)過t時(shí)間的溫度值；將溫度分為幾個(gè)等級(jí)，當(dāng)t時(shí)間后的溫度值達(dá)到某等級(jí)時(shí)，給定溫度等級(jí)指示值，以便于下一階段緩沖區(qū)調(diào)控。

即：如圖2所示，利用傳感器得到當(dāng)前的溫度T_now，使用簡單的預(yù)測方法得到下一時(shí)間的溫度T_pre，時(shí)間間隔為t_k，由此計(jì)算出溫度的變化速度為(T_pre-T_now)/t_k；結(jié)合當(dāng)前的溫度與給定的時(shí)間段t，計(jì)算t時(shí)刻后的溫度T_t=T_now+t*( T_pre-T_now) /t_k；同時(shí)通過一系列的研究與實(shí)驗(yàn)，將溫度分為幾個(gè)等級(jí)，當(dāng)溫度達(dá)到等級(jí)要求時(shí)，給定溫度等級(jí)指示值，以便于下一階段緩沖區(qū)調(diào)控。

S2：將溫度等級(jí)指示值（分級(jí)指示信號(hào)）送入與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)相連的周邊路由節(jié)點(diǎn)，根據(jù)溫度等級(jí)指示值（分級(jí)指示信號(hào)）對緩沖區(qū)大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。

當(dāng)溫度增加達(dá)到某些等級(jí)時(shí)，按照要求將緩沖區(qū)調(diào)??；當(dāng)溫度減小又低于某些等級(jí)時(shí)，按照要求將緩沖區(qū)調(diào)大，以達(dá)到緩沖區(qū)的階梯控制，致使更少的包穿過過熱路由；而堆積在過熱路由的入棧緩沖區(qū)部分，同時(shí)因?yàn)闊崾怯砂牧鲃?dòng)而產(chǎn)生的，并不會(huì)因?yàn)榘亩逊e而使其過熱，因此這樣做并不會(huì)加重過熱路由的負(fù)擔(dān)，還可以達(dá)到將過熱路由同時(shí)變?yōu)閾砣酚傻淖饔茫苑奖阒蟮穆酚蛇x擇。

在上述過程中，需要在節(jié)點(diǎn)之間傳輸溫度等級(jí)信號(hào)；即，當(dāng)?shù)玫搅讼鄳?yīng)的溫度等級(jí)后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)與各個(gè)方向相鄰節(jié)點(diǎn)均由一個(gè)溫度等級(jí)指示信號(hào)線連接，用來傳輸溫度等級(jí)信號(hào)。對于每個(gè)方向上，如圖3所示，將該方向上的溫度等級(jí)指示信號(hào)通過temp_level端口經(jīng)過信號(hào)線temp_level_to_d（d代指方向）傳輸給下個(gè)路由對應(yīng)方向的temp_level_neighbor端口，每個(gè)路由通過每個(gè)方向上的temp_level_neighbor端口的信號(hào)值對每個(gè)方向上的緩沖區(qū)大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。

在具體應(yīng)用時(shí)，每個(gè)路由器有七個(gè)端口及相應(yīng)的輸入緩沖區(qū)，但此處不考慮本地端口，垂直方向上采用一個(gè)路由算法，在下面也會(huì)介紹，此處只考慮東西南北四個(gè)端口，如圖4所示，一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)與其周邊節(jié)點(diǎn)相連的關(guān)系，取A-H為例，在進(jìn)行傳輸時(shí)，如果21不為滿，則可以將飛片入棧，根據(jù)一系列的規(guī)則與計(jì)算得到輸出的方向，同時(shí)，等待可以傳輸該飛片時(shí)按照先進(jìn)先出的規(guī)則進(jìn)行傳輸。當(dāng)?shù)玫焦?jié)點(diǎn)A的t時(shí)刻溫度大于溫度極限1時(shí)，對于H路由，北方向上的temp_level_neighbor信號(hào)就為T1，因此北方向上的緩沖區(qū)21按照T1大小進(jìn)行改變，為max_buffer_size-2*T1，以達(dá)到更少的包穿過A，控制A的溫度，并且將包擁塞在A部分，將過熱區(qū)變?yōu)閾砣麉^(qū)，這樣當(dāng)繞過擁塞區(qū)的時(shí)候，就同時(shí)也繞過了過熱區(qū)域，如果溫度仍然增高，預(yù)測t時(shí)刻溫度到達(dá)T2時(shí)，將緩沖區(qū)改為max_buffer_size-2*T2，同理繼續(xù)增高則緩沖區(qū)繼續(xù)減小，如果t時(shí)刻溫度降低導(dǎo)致低于某些值時(shí)，將緩沖區(qū)的值進(jìn)行相對于減小的增加，其他方向上與A方向原理相同。

單純的根據(jù)溫度大小進(jìn)行判斷會(huì)存在溫度高而變化率低或溫度低而變化率高等情況，而單純的根據(jù)變化率則會(huì)存在雖然變化率很大，但因?yàn)闇囟然鶖?shù)低而導(dǎo)致的溫度不高或雖然變化率很小，但因?yàn)闇囟然鶖?shù)高而導(dǎo)致的溫度過高問題。本發(fā)明的基于溫度等級(jí)的超前階梯式緩沖區(qū)調(diào)節(jié)方法，采用結(jié)合當(dāng)前溫度與當(dāng)前溫度變化速度的方法，根據(jù)一定的計(jì)算得出的溫度等級(jí)作為調(diào)控的依據(jù)，而不是簡單的溫度大小或溫度變化率大小進(jìn)行調(diào)控，這可以有效的避免上述問題造成的錯(cuò)誤或多余調(diào)控，增加調(diào)控的準(zhǔn)確性。

同時(shí)溫度是實(shí)時(shí)變化的，采用某一節(jié)點(diǎn)自身的一些參數(shù)進(jìn)行計(jì)算控制而不是與周圍節(jié)點(diǎn)的比較關(guān)系進(jìn)行控制，這可以使溫控不受周圍環(huán)境溫度影響，防止了周圍溫度過高，造成本節(jié)點(diǎn)相對溫度低而產(chǎn)生的過熱節(jié)點(diǎn)未調(diào)控情況，導(dǎo)致的燒毀或溫度不平衡；或者周圍溫度過低，造成本節(jié)點(diǎn)相對溫度高而產(chǎn)生的過低節(jié)點(diǎn)被調(diào)控，導(dǎo)致多余的調(diào)控和資源的浪費(fèi)。此外比較進(jìn)行控制將會(huì)產(chǎn)生頻繁的比值變化，需要進(jìn)行頻繁的調(diào)控，而采用當(dāng)溫度高于或低于某一定值時(shí)進(jìn)行階梯式調(diào)控的方法，可以準(zhǔn)確的控制緩沖區(qū)的大小，減少頻繁而無用的調(diào)控，降低調(diào)控所產(chǎn)生的總功耗，并且增加了調(diào)控的力度與靈活性。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。