[发明专利]光电子多芯片组件中多处理单元的布局及划分方法

说明书

本发明涉及一种光电子多芯片组件中多处理单元的布局及划分方法，可用于采用自由空间光互连的光电子系统的CAD物理设计，属于光电子集成技术中的计算机辅助设计方法领域。

光互连及其基于光互连的光电子多芯片组件(OEMCM)是两项正在不断发展的技术，它们的研究对以后发展高性能并行处理的计算机系统以及大容量的数字传输交换系统具有积极的意义。因为光互连技术在体积，功耗和速度几方面都大大优于当前所采用的电互连，所以人们正努力将光学技术应用于大规模并行计算机或ATM核心交换机中，以期在体积，功耗和速度等条件约束下获得理想的系统性能。基于不断增长的高比特率和庞大交换结构的需求，在未来的宽带交换网络中，可能需要对成千上万的高速率通信连接进行交换的大型交换系统。在过去的几十年间，人们努力把大型的电路板或标准接口缩小到一个或几个集成电路中，从而尽可能隐藏系统的复杂程度，这种趋势随着大规模集成电路的发展还在不断强化。但随之带来的还有集成电路与系统的接口复杂化，电连接逐渐力不从心。缓解电互连瓶颈的最佳方法还是在电子系统中引入光互连，尤其是自由空间光学互连。在自由空间光学互连的情况下，互连密度仅受到光学器件成像能力的限制，这意味着互连密度可以达到每平方厘米数百万个(即每10μm一个互连)。采用自由空间光互连技术的光电子多芯片组件是解决大量互连和系统小型化的有效方法，但是，为了更加有效地对OEMCM进行设计和封装，在实际工作中迫切需要一种高效的计算机辅助设计系统来实现复杂的系统的划分和PE单元布局。而运用集成电路技术、光学技术和光电子技术来构建多级互连网络给我们在计算机辅助设计、制造和封装领域提出了新的挑战。布局问题向来是集成电路自动设计的重要环节之一，在OEMCM中，光学互连技术的采用使得原有的一些物理设计工具不再适用。因此，有必要为复杂的光电子系统发展一种新的CAD工具。已发表的文献，如Paola Cinato,Kenneth C.Young,Jr,Opticalinterconnections within multichip modules(Optical Engineering,Vol.32,No.4,April 1993.)均着重于物理级的建模和性能仿真，无法处理大规模多级互连网络的自动划分和布局。目前还没有一种有效的方法来实现光电子多芯片组件中多级互连网络的有效划分和多处理单元的自动布局。

本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种新的光电子多芯片组件中多处理单元的布局及划分方法，解决在采用自由空间光互连的光电子多芯片组件中多处理单元(PE)的大规模多级互连系统(MIN)的划分和自动布局问题，实现从用户网络表的输入到布局结果的自动输出。

为实现这样的目的，本发明的技术方案中，采用新型的二维基因法完成多PE单元的布局问题，并通过采用一种新型的混合设计法解决了大规模的MIN系统的OEMCM划分实现问题，从而实现从用户网表输入到布局完成输出的自动过程。具体步骤如下：

1、用户互连网表的输入，并转换为二维布局矩阵。

为了操作，本发明摈弃通常采用的一维线性二进制编码，因为这种一维线性二进制编码并不适合于OEMCM中MIN的PE单元的布局问题。OEMCM中的PE布局和划分，问题本身就是一个二维问题，将二维问题转化为一维表示，增加了问题求解的复杂性。因此本发明首先对用户提供的互连网表转化为有利于后期处理的二维布局矩阵。

2、设定迭代次数。

通过设定迭代次数，构建停止条件，防止陷入死循环。

3、利用基因混合法处理二维布局矩阵。

通过采用基因混合法，解决大规模划分问题线性化后得到的二次指派问题。

4、输出处理结果，即PE单元的(近)最佳划分。

由于基因混合法处理的是多级互连网络中以级为单位的总体最短互连距离。不同的级，即物理实现的分立芯片。

5、根据步骤4的输出构建初始化演化的二维种群。

对于工程和科学中的许多实际问题，找到一个最优解的唯一可靠的方法就是穷举法，即搜索问题的整个解空间。然而在许多情况下，由于解空间太大，以致在限定的时间内只可能搜索其中极小的一部分，为了能有效地组织搜索，确定近似最优解，基于系统划分后的结果构建易于最佳布局搜索的二维种群(或称为二维解集合)。

6、采用二维基因演化法，对初始化种群进行交叉和变异操作。

通过对二维种群在相应的选择策略约束下，进行种群内个体(即相应解)之间的交叉和变异操作，通过程序实现遗传和变异概率的制动反馈控制，循环迭代。