[发明专利]一种面向非均衡通信特征的射频片上网络应用映射方法

说明书

技术领域

本发明属于片上网络技术领域，具体涉及一种射频片上网络应用映射方法。

背景技术

随着CMOS工艺的进步和片上网络系统规模的增加，基于金属铜的片上互联面临着严重的性能及功耗瓶颈。根据国际半导体技术蓝图的预测，金属电气导线特性的进步不再满足未来应用对高效能通信互联(高带宽、低时延、低功耗)的巨大需求，光互联、射频互联、3D互联等新兴片上互联逐渐成为未来取代传统RC电气互联的可能趋势。与传统RC电气互联相比，片上射频互联能够受益于半导体工艺的进步，解决基于金属铜的片上互联技术在大规模片上网络中存在的传输延迟问题、带宽密度问题，以及功耗问题；与片上光互连等新兴互联技术相比，片上射频互联表现出更优良的CMOS兼容性和可实施性。基于射频的片上网络融合了传统RC电气互联和片上射频互联，已经成为技术过渡时期的主流设计方案之一，引起了国际上学术界和产业界的注意，成为未来片上网络发展的趋势之一。

与传统片上网络不同，射频片上网络为层级拓扑结构，包含底层通信子网和射频通信子网两个层级，底层通信子网由路由器及电气有线互联组成；射频通信子网由射频通信节点及射频互联组成。底层通信子网的各通信节点通过电气有线链路实现互联，非相邻的通信节点之间遵循一定的路由策略，通过中间路由实现通信。射频片上网络中射频通信节点之间不需要中间路由，可以通过射频互联实现高速one-hop通信，降低通信延时及能耗。与射频通信节点相邻的路由器在一定路由策略约束下也可以通过射频通信节点及射频互联减少传输数据的通信路由跳数，提高通信能效。射频互联在逻辑上表现为定向的互联链路，这些定向互联的链路根据应用的互联通信特征和设计目标进行自适应设计，通常分配给网络中通信负载较重的热点或关键路径，从而提高系统的通信性能及网络吞吐量。为了便于描述，本说明书中将射频片上网络中的定向射频互联链路称为高速捷径链路ES(Express Shortcut)。合理的ES链路配置，能够以较小的开销获得高效的系统通信效率，有效利用片上射频互联资源解决大规模片上网络面临的传输瓶颈问题。

因此，与传统片上网络的应用映射不同，射频片上网络的应用映射需要充分考虑层级网络拓扑结构特征，以及射频互连的特殊传输特性，不仅实现处理节点(默认处理节点已经完成了任务的分配)向射频通信节点和路由器的合理映射，并且还要将射频互联链路合理映射给网络中的射频通信节点对。

由于目前关于射频片上网络的研究还处于起步阶段，因此射频片上网络领域并未像传统的基于电气互联的片上网络研究那样完善。现有的研究仅仅关注了ES链路的映射问题，并将该问题与处理节点映射独立，没有把射频片上网络的层级拓扑结构当成一个整体来考虑，影响了设计效率及性能提升空间。并且现有的针对ES链路映射问题的研究，忽略了初始化配置和搜索空间的问题，初始化时只是将ES链路随机地配置到网络中的通信节点对，这在很大程度上影响了搜索结果及收敛速度。随着片上规模的不断扩大，搜索空间将急剧增加，这种映射方式导致的性能和计算开销问题将变得越来越突出。

应用的通信轨迹特征分为均衡通信(Uniform-traffic)和非均衡通信(Non-uniform-traffic)两个大类。均衡通信的应用中各节点之间的通信频率和通信量基本相同，不存在热点通信。非均衡通信的应用中存在热点通信，通信热点相比较其它节点，通信更为频繁，通信量更高。

本发明针对非均衡通信特征的应用，提出了一种射频片上网络的应用映射方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种面向非均衡通信特征的射频片上网络应用映射方法，该方法采用联合优化技术，将处理节点的映射与ES链路映射结合起来，实现应用向拓扑结构的最优映射，使得系统在某种条件的约束下获得最好的性能/成本目标。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括有以下步骤：

步骤1、将通信轨迹图及结构特征图进行数学化描述，并计算通信轨迹图中处理节点的通信权重及连接度，按照通信权重进行降序排列，得到映射队列；同时计算结构特征图中各路由节点的资源度；

所述处理节点的通信权重是指处理节点与通信轨迹图中其它处理节点的通信数据量；

所述处理节点的连接度，是指通信轨迹图中与该处理节点有共同边的处理节点个数，即与该处理节点存在数据通信的节点个数；

所述路由节点的资源度是指，结构特征图中与该路由节点有共同边的节点个数，即与该路由节点直接相连接的节点个数。