[发明专利]容忍多故障的大规模三维片上网络确定性路径路由方法

说明书

本发明涉及一种容忍多故障的大规模三维片上网络确定性路径路由方法，该方法在三维片上网络的每个节点上维护一路由表，各节点基于该路由表进行在线路由，所述路由表在检测到故障时动态更新，所述更新包括：采用Tarjan算法计算三维片上网络的最大强连通分量以弃用不能正常工作的节点；基于构建的三维转向模型对位于边界的故障链路进行处理，使得每个链路簇有且只有一个禁止转向对，更新路由表；以预设的绕路规则对位于内部的故障链路进行处理，更新路由表。与现有技术相比，本发明不仅能使片上网络承受多种故障的影响，而且能最大限度地利用重构后的片上网络中的可用节点，在平均延迟、吞吐量和能耗方面，本发明性能均优于现有解决方案。

技术领域

本发明涉及片上网络可靠性设计与开发技术领域，尤其是涉及一种容忍多故障的大规模三维片上网络确定性路径路由方法。

背景技术

片上网络是一种新的片上系统内各知识产权核之间的通信方法。大规模的片上网络是超级计算机的重要组成部分，它能将芯片之间的大量并行通信移动到芯片内部以减少传输延迟，从而显著提高计算性能。同时，采用先进的三维集成技术能进一步提高大型片上网络加工核心的密度。然而，大规模的片上网络存在多故障问题，目前三维技术的不成熟也导致了硅通孔的故障率较高，进一步加剧了多故障问题。若直接弃用出现故障的大型片上网络，其产量将非常低，生产成本将高得不切实际。为保持大规模片上网络的高产量，一种可行的解决方案是实现更多的处理路由器并弃用有故障的节点和链路，只要芯片上的可用节点数达到设计要求，该存在故障的芯片依旧能正常工作。因此，迫切需要一种路由算法来容忍大规模片上网络在制造和运行阶段可能发生的潜在故障。

研究人员先后提出多种片上网络的容错技术。比如一种局部自适应路由的算法，它能较好地容忍片上网络的单点故障以避免死锁，但鲜有技术是针对多故障而开发的；又如一种循环路由算法，它能降低片上网络中心的拥塞和容错能力，但该算法没有提供数据包传输的短路径；采用基于哈密顿路径的两个虚拟信道的路由算法能容忍片上网络上的单个故障且避免死锁，FL-RuNS方案能容忍三维片上网络上的单个故障且避免死锁，但虚拟信道往往需要巨大的开销；ERFAN算法采用一个巨大的表来记录从路由器的每一个端口到每一个可能的目标节点的跳数，但不能完全容忍多个故障的影响；区域防御方法能通过牺牲不安全区域中的所有无故障节点来承受多个故障的影响，容错最小路由方法进一步尝试在容忍多个故障时最小化路由路径，但无故障节点的过度牺牲使这两种算法不能适用于故障较多的大型片上网络，因为计算的可用节点数难以满足设计要求。因此，能在大规模三维网络控制系统中容忍多故障的确定性路径路由算法的开发非常有必要。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种容忍多故障的大规模三维片上网络确定性路径路由方法，路由可靠性高。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种容忍多故障的大规模三维片上网络确定性路径路由方法，该方法在三维片上网络的每个节点上维护一路由表，各节点基于该路由表进行在线路由，所述路由表在检测到故障时动态更新，所述更新包括：

采用Tarjan算法计算三维片上网络的最大强连通分量以弃用不能正常工作的节点；

基于构建的三维转向模型对位于三维片上网络边界的故障链路进行处理，使得每个链路簇有且只有一个禁止转向对，更新路由表；

以预设的绕路规则对位于三维片上网络内部的故障链路进行处理，更新路由表；

所述三维片上网络整体视为三维有向图，基于行、列、层的顺序对每个节点进行编号，各节点编号i的表达式为：

i＝x+y×MX+z×MX×MY

其中，(x,y,z)表示节点i的三维坐标，MX、MY分别为三维片上网络最大行数和最大列数，该编号方式能方便后续故障链路的处理以提高路由可靠性。