[发明专利]一种众核可定义分布式共享存储结构

说明书

一种众核可定义分布式共享存储结构，包括内部数据总线系统、路由单元、处理器核、网络接口单元和存储器模块；横向双向数据线和纵向双向数据线的交叉点放置路由单元；处理器核通过网络接口单元与路由单元连接，路由单元和网络接口单元之间通过处理器核存储访问总线连接；存储器模块直接与路由单元连接。网络接口单元内部集成路由表，它直接根据处理器核发出的存储访问地址查询到目的物理坐标位置，此目的坐标位置添加到数据包的包头后，数据包能够在目的坐标的指引下，通过路由单元，到达要访问的存储器模块。本发明能够克服目前众核处理器存储系统地址空间固定、不支持乒乓操作、存储器模块间无法灵活组合的缺点。

技术领域

本发明涉及一种众核处理器存储结构，特别是面向嵌入式，众核处理器内部集成多块存储器模块、存储器模块间存在并行访问的分布式共享存储结构。

背景技术

众核处理器存储体系已经成为限制处理器整体性能提高的重要因素。随着集成电路设计与制造技术的快速发展，处理器功能部件的性能不断提高，单芯片内集成多个处理器核所带来的强大计算能力一直在按摩尔定律呈指数增长，其增长的速度远远大于存储带宽的增长速度，运算速度与访存速度之间的差距越来越大。并且，随着众核处理器集成处理器核的数量增加，目前处理器遇到的“存储墙”瓶颈问题将越来越严重。

在众核处理器中，存储系统的性能会直接影响着处理器的性能，计算能力已不是众核处理器设计的关键问题，数据的存储才是关键。目前主要的存储系统结构有：共享式存储系统、分布式存储系统。

共享式存储系统中，多个处理器核通过片上总线访问同一个存储器，又被称为对称多处理器结构，其特点是系统中只有一个主存，并且该主存对于各个处理器核而言是完全对称的关系，也就是说各个处理器访问主存所耗费的时间是相同的，该存储结构内部数据同步代价小，存储单元管理简单，但是由于受到传输延迟、存储器访问带宽等因素的限制，存储器访问时间相对较长。这种集中式共享存储是目前较流行的处理器存储结构，但其不足之处在于系统的扩展性不强，处理器中最多只能集成几十个核。

分布式存储系统中，从物理上将存储单元分布到各个处理器核内部，作为私有的本地存储，通过高带宽互联将其连接。分布式存储系统受存储器访问带宽限制小，有较好的可扩展性，这一存储系统结构的优点在于数据的局部性得到增强，对于频繁访问的数据可以放置在本节点的局部存储器中，以获得降低访存延迟，同时降低了对存储器和核间互联的带宽需求。但相应的缺点是处理器核访存操作具有很强的非对称性，跨节点的访存操作的延迟较大，处理器核之间的通信模型也较为复杂，数据同步时间变长，应用中需要考虑数据的分布问题，限制了其发展。

查阅国内和国外相关专利，与众核处理器存储结构相关的专利摘录如下：

(1)面向众核多层次存储系统的数据高效传输支持方法，专利申请号：201910974455.6

此专利公开了一种面向众核多层次存储系统的数据高效传输支持方法，包括典型访存通信模式性能库和运行时最优模式选择模块，典型访存通信模式性能库是通过首先总结科学计算程序中的典型通信访存模式，再对每种典型通信访存模式，用多种通信访存方案具体实现，最后对每种实现通信访存方案，测试在不同数据规模下的性能以及需要的缓冲空间的大小，构建典型访存通信模式性库；运行时最优模式选择模块则根据用户程序的访存通信模式、访存数据量、可用缓冲空间大小信息，搜索典型访存通信模式性库，选择最优实现方案。

(2)面向申威众核架构的稀疏矩阵存储方法，专利申请号：201910898286.2