[发明专利]一种用于片上消息网络的数据包路由方法

说明书

本发明公开了一种用于片上消息网络的数据包路由方法，采用了很多措施来提高传输速度。例如底层交换机，例如1级、2级交换机无缓存直接转发；高层交换机可以采用多通道的方式解决通信瓶颈；也可以建立多维片上网络来进一步提高传输速度。支持片上网络通信协议分层实现。使用本发明提供的网络层数据包路由转发方法，使得片上网络的连接线数尽量少，占用芯片资源尽量小，功耗也小。

技术领域

本发明涉及处理器技术领域，更具体地说是一种用于片上消息网络的数据包路由方法。

背景技术

功耗和制造工艺问题限制了单核处理器不断提高性能的发展途径，单核的主频已接近极限，多核或众核技术是提升处理器性能，同时降低功耗的最有效方式。

但是，当单芯片上集成越来越多的处理器核时，如何保证各个处理器核之间高效率通信成为1个重要问题。

多核或众核处理器的设计大致可以分为三类：总线或者交换开关互连的设计，流处理器和图形处理器，以及网络互连的处理器。以总线或交换开关为基本互连架构的多核设计的优点有：每个处理器核访问存储的路径都是一样的，而且这种共享存储也支持基于总线侦听的缓存一致性协议；各个处理器核类似于传统的单核处理器，具有较为强大的计算功能，只是作了一些裁剪来优化功耗等要素。也就是说，就算单线程应用程序没有任何改变，也能在新的多核处理器上运行，性能有可能有所提高。

但是这种结构的明显劣势来自于总线或者交换开关成为系统瓶颈，这个瓶颈体现在系统性能和功耗两个方面。

流处理器以及GPGPU(通用图形处理器)是一种大规模的数据并行计算模式。通常是采用SIMD技术，即单指令流多数据流来组织指令或数据的计算。这种结构的优点在于有效地支持大规模数据并行计算，但是缺点是只有存在大量规则数据并行的应用程序，GPU才能发挥其巨大优势。程序中的分支跳转以及线程间的数据共享都是GPU的软肋，就算能够被支持，效率也不高。如果谁想在GPU上做Web Server，那基本上是痴人说梦。其次，GPU需要对应用程序进行大量优化，以挖掘其并行性。这个优化过程需要对GPU结构和被优化的程序本身有着深刻地理解。

网络互连为主的处理器。无论是总线和交换开关的设计，还是流处理器，就没法从本质上改变多核乃至众核处理器设计上的不可扩展性。改变这种传统的互连，人们提出了使用片上网络的办法，使得未来众多的处理器核通过分布式的通讯方式相互沟通，从而避免了集中的互连设计带来的系统性能瓶颈以及较大的功耗开销。不过当片上集成核的数量不断增加时，如何把这个功能组织起来，并不是一个简单的事情。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种用于片上消息网络的数据包路由方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于片上消息网络的数据包路由方法，包括：

一、交换机的缓存

交换机有2种，1种是内部不带缓存的，另1种是内部带缓存的。内部不带缓存的交换机是由组合逻辑构成，对数据没有延迟直接传递，适合于级数较低的交换机，例如1级或2级交换机。内部带缓存的交换机会缓存接收到的数据，其主要目的是隔断发送方和接收方之间的组合路径，防止组合逻辑路径过长。缓存的方式有2种，1种是基于寄存器的实时转发缓存，这种方式下内部缓存的寄存器位数要和接收数据位宽一致。每个时钟周期接收到的数据先放入缓存寄存器后，再转发到目的地址所在的交换机接口，数据接收和再发送之间有1个时钟周期的延迟；另1种是设置1个缓冲存储器把整个数据包接收下来，然后再转发到目的地址所在的交换机接口。这种方式下缓冲存储器的容量应该能装下最大数据包长度。而且再转发的时刻是不固定的，有可能边收边发，有可能是先接收完然后发送。

二、地址表示