[发明专利]对于多核芯片建立正式验证的并行软件的TICC-范例

摘要

本发明示教了实施在分布式和共享存储器多核芯片中高效运行的正式验证的大量并行程序的方式。允许从被称为蜂窝的并行软件部件中的初始交互的概要语句开发程序，并且将它们逐渐地改进到它们的最终实施。在改进的每个阶段，从实施中自动得出计算中的事件的模式的正式描述。该正式描述用于两个目的：一个目的是证明正确性、定时、进展、相互排他以及避免死锁/活锁等；另一个目的是自动地将持续并行监控应用的自我监控系统(SMS)并入每个应用，而不干扰它的定时，以识别和报告性能中的错误、未决的错误以及关键行为的模式。本发明还示教了组织用于多处理器的共享存储器的方式，其最小化存储器干扰、保护数据并且提高执行效率。

主权项

一种基于集成计算和通信技术TICCTM的修改版本的集成并行程序开发和执行平台ITCCTM‑Ppde，美国专利US 7,210,145B2，发明人Chitoor V.Srinivasan教导了以下方法：方法(1.1)，对应用A实施并行计算机程序：ITCCTM‑Ppde提供从称作蜂窝的概要软件计算机单元间的交互的概要规范开始的对应用A实施并行计算机程序的方法，这组蜂窝和与其相关联的所有交互规范一起作为应用A的并行程序的概要设计，称作A:DESIGN()，逐渐将A:DESIGN()中的蜂窝和交互改进到它们的最终完整的改进实施，在改进的任何阶段应用A中的并行计算机程序被称作A:implementation()，A:implementation()中的所有蜂窝的集合被称作A:cells()，A:cells()中的每个蜂窝仅通过消息交换与A:cells()中的其它蜂窝交互，每个蜂窝运行在自身专用的硬件CPU(硬件计算单元)中，该CPU不被A:cells()中的任何其他蜂窝共享；方法(1.2)，对于TICCTM‑Ppde唯一的消息交换：在TICCTM并行编程范例与所有其他并行编程范例之间的差别在于TICCTM‑Ppde管理A:cells()中的蜂窝间的点对点和组对组通信的方法，使得每个蜂窝自身能与在A:implementation()中发生的所有其他这样的消息交互并行地传递它对它们期望的目的地蜂窝计算的消息，允许以最多几百纳秒级的可精密预测的等待时间将几乎即时保证异步的已同步消息发送到期望的目的地，假设2千兆CPU且没有消息调度或同步会话的需求；方法(1.3)，形式验证A:implementation()：在改进的各个阶段，包括A:DESIGN()阶段中，TICCTM‑Ppde自动产生直到改进阶段的基于事件的计算模型，该模型被称作ALLEOPs(允许的事件发生模式)，A:DESIGN()的ALLEOPs被称作A:designALLEOPS并且在对于该改进的任何阶段的A:implementation()的ALLEOPs被称作A:ALLEOPS()，TICCTM‑Ppde使用A:designALLEOPS和A:ALLEOPS()来通过形式验证使在改进的任何阶段的设计和实施有效，形式验证的有效标准由用户指定作为因果时态逻辑(CTL)语言中的断言，TICCTM‑Ppde使用A:designALLEOPS或A:ALLEOPS()来查找用户给出的CTL断言的有效性证明，在搜索证明期间与用户交互，用户在必要时提供额外的CTL断言来引导证明搜索；方法(1.4)，通过使用TICCTM‑Ppde SMS(自监视系统)的自动自监视来运行全面改进的A:implementation()：与应用A并行地，A:ALLEOPS()还被TICCTM‑Ppde用于全面改进的A:implementation()的自动动态监视，用于A在其使用期限内运行时进行校正操作，以与应用A中发生的计算事件的定时几乎没有干扰地运行，识别并报告错误、未决错误以及先验定义的警报事件模式的发生，该动态监视由TICCTM‑Ppde的通信机制中内建的SMS(自监视系统)自动完成；(方法1.5)，在大规模并行多计算机硬件系统中运行可任意升级的A:implementation()：在任意大量CPU(硬件计算单元)中以80％至100％的效率运行可升级A:implementation()，这样的CPU为，(i)在具有32或更多个CPU的SMP(共享存储器多处理器)中的CPU，SMP中的CPU使用A:implementation()中安装的TICCTM‑Ppde的软件共享存储器通信路径(sm路径)彼此通信，或(ii)在计算节点是具有32或更多个CPU的任意DMP(分布式存储器多处理器)中的CPU，DMP中的SMP使用TICCTM‑Ppde的硬件分布式存储器通信路径(dm路径)来彼此通信，dm路径嵌入在称作TICCNETTM的局域网中，或(iii)在作为包含32或更多个CPU的SMP而实施的任意多核芯片中的CPU，该芯片中的所有CPU通过A:implementation()中安装的软件sm路径来彼此通信，或(iv)在作为包含任意但固定数目的SMP的DMP而实施的多核芯片中的CPU，每个SMP包含16至64个CPU，每个SMP具有自身私有的共享存储器，芯片中的不同SMP使用也与该芯片集成的TICCNETTM中的dm路径来彼此通信，或(v)SCG(超级计算网)中的CPU，SCG中的每个计算节点是SMP或DMP，SCG包含任意但固定数目的这样的SMP和DMP，SCG中的SMP和DMP由局域TICCNETTM中的dm路径互连。方法(1.6)，使用相同的实施方法构建用于具有内置SMS(自监视系统)的实时信息物理并行软件系统的可升级CPPSS:implementation()，该实施方法包括概要设计、连续的改进、通过在改进的每个阶段的正式验证的有效化、以及使用SMS的自动运行时间自监视；方法(1.7)使用相同的实施方法构建用于具有内置SMS(自监视系统)的异步硬件系统或嵌入式系统，该实施方法包括概要设计、连续的改进、通过在改进的每个阶段的正式验证的有效化、以及使用SMS的自动运行时间自监视；