CN101322358B - 数据传输方法 - Google Patents

Abstract

一种在多个互连的单元之间传输数据的方法。该方法包括从第一单元接收消息，所述消息包括路由关键字加上可选的数据有效载荷。处理该路由关键字以用于标识多个所述互连的单元，将数据传输至经标识的所述多个单元。

Description

数据传输方法

技术领域

本发明涉及一种数据传输方法及设备。

背景技术

传统的计算机网络典型地支持两种通信方式。第一种通信方式是一对一通信，其消息是从单一的源发送至单一的目的地。第二种通信方式是广播通信，其消息是从单一的源发送至连接到网络中的所有其他单元。

在由神经元互连而成的神经系统中，神经元之间典型地有非常高的连通性。通常情况下，一个特定的神经元从1,000至10,000个其他神经元中接受数据，并向相似数量的神经元输出数据。前面提到的两种通信方式都不能理想地适用于神经系统。若使用一对一通信方式，则需要发送大量消息。特别地，若一个神经元向1,000个其他神经元传输数据，则需要1,000条消息。若使用广播通信方式，则消息将被发送给所有其他神经元。这也是不希望的，因为消息将被发送至比其所需送达目的地更多的目的地，将浪费大量的带宽。

作为替代，多播通信机制会更理想。在多播通信中，消息从单一的源传输至多个接收者，而不是所有可能的接收者。多播通信在神经系统中特别受到关注，尽管目前的多播通信技术还不能理想地适用于神经应用。

发明内容

本发明的目的是避免或消除至少一部分上述问题。

根据本发明，提供了一种在多个互连的单元之间传输数据的方法。该方法包括：从第一单元接收到消息，所述消息包括路由关键字(routing key)；处理所述路由关键字以标识多个所述互连的单元；以及向经标识的多个所述互连的单元传输数据，其中处理所述路由关键字包括通过使用所述路由关键字进行查找操作而尝试定位路由字(routing word)，所述多个所述互连的单元是使用所述路由字进行标识的。

因此，本发明提供了一种数据传输方法，其中数据传输至哪些单元是基于在消息中接收到的路由关键字来选择的。例如，路由关键字可能采用传输该消息的单元的标识符的形式，在这种情况下，传输该消息的单元的标识就用于确定数据传输至哪些单元。

传输至经标识的多个互连的单元的数据可能包含接收的消息。实际上，传输的数据可能与接收的消息相同。接收的消息可能包含数据有效载荷。然而，需注意的是，在本发明的神经实现中，接收的消息典型地仅包含路由关键字，该路由关键字被认为是一种神经“钉”，因此不需要更多的数据。

处理路由关键字可能包含通过使用路由关键字进行查找操作而尝试定位路由字。然后可使用路由字来选择经标识的多个互连的单元。若尝试不成功，则可使用缺省数据来确定数据传输至哪些单元。特别地，可使用缺省数据来标识至少一个互连的单元。

路由字可以有针对每一个连接的单元的比特，各比特的状态确定了是否将数据传送至一个互连的单元。这就是说，当在一个与N个单元相连的单元处实施该数据传输方法时，可使用N比特路由字，每个比特代表N个单元中的一个。查找操作可包括将路由关键字与同各路由字相关联的关键字进行比较。路由关键字可包括多个比特，且这些比特的任一子集可用于至少部分比较操作。可针对每一个关键字独立地确定所使用的比特。这就是说，每一个关键字可具有一个相关的掩码，该掩码用于确保路由关键字中仅有特定的比特被用于查找操作。可使用逐比特的逻辑与操作将该掩码同路由关键字相结合。

在本发明的优选实施例中，第一单元及经标识的多个互连的单元与第二单元相连接，本方法在第二单元处实施。

上述方法可由硬件实现。

本发明进一步提供了一种数据载体，载有计算机可读的程序代码，配置用于使计算机实施上述方法。还提供了一种计算机设备，包括存储处理器可读的指令的程序存储器，以及配置用于读取并执行存储于程序存储器的指令的处理器。处理器可读的指令包括控制处理器实施上述方法的指令。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于在多个互连的单元之间传输数据的设备。该设备包括：从第一单元接收消息的装置，此消息包括路由关键字；处理路由关键字，通过使用所述路由关键字进行查找操作而尝试定位路由字以标识多个互连的单元的装置，所述多个所述互连的单元是使用所述路由字进行标识的；以及向经标识的多个互连的单元传输数据的装置。

本发明也提供了用于在多个互连的单元之间传输数据的设备，该设备包括：接收器接口，配置用于从第一单元接收消息，所述消息包括路由关键字；处理器，配置用于通过使用所述路由关键字进行查找操作而尝试定位路由字，使用所述路由关键字来标识多个所述互连的单元，所述多个所述互连的单元是使用所述路由字进行标识的；以及传输器接口，配置用于向所述经标识的多个互连的单元传输数据。

优选地，该设备包括与RAM通信的联合存储器。该联合存储器中存储的数据可用于标识多个互连的单元。这样使用所述联合存储器，就可在RAM中定位路由字。

本发明更进一步的方面提供了一种互连单元的网络，该网络配置用于在单元之间传输数据。每个单元包括路由器，且路由器配置如下：从第一单元接收消息，该消息包括路由关键字；处理路由关键字，通过使用所述路由关键字进行查找操作而尝试定位路由字以标识多个互连的单元，所述多个所述互连的单元是使用所述路由字进行标识的；以及向经标识的多个互连的单元传输数据。

附图说明

现在参照附图，仅作为示例来描述本发明的实施例，附图中：

图1是本发明可在其中实施的互连单元的网络的示意图。

图2是示出了图1中一个单元所包括的路由器的操作的示意图。

图3是图2的路由器所使用的查找表的示意图。

图4是与图3中的查找表结合使用的路由关键字的示意图。

图5是示出了图2中路由器的进一步的详细结构的示意图。

图6是示出了图5中路由器的更进一步的详细结构的示意图。

图7是图1中的单元的一种可能的架构的示意图。

具体实施方式

首先参见图1，图1示出了16个互连单元，它们组成了一个更大的网络的一部分。可以看到，每个单元都通过直接通信链路与其最邻近的8个相邻单元相连接。图1中的每个单元被配置用于从任一个与其互连的单元接收消息，并产生数据以传输至一个或多个与其连接的单元。

互连单元中之间的数据传输由包含在每个互连单元中的路由器进行管理。路由器通过处理在消息中接收到的路由关键字，并根据该路由关键字确定数据应传输至哪些单元，来进行处理。例如，在本发明的优选实施例中，该路由关键字包含传输消息的单元的标识符。标识符被处理以标识数据应传输至的单元。这在图2中示意性地示出了。从图中可以看到，路由器1从源单元3接收到标识符2。路由器1处理标识符2以标识三个目的地单元4、5、6。在标识目的地单元4、5、6之后，路由器1则以适当消息的形式向目的地单元4、5、6传输数据。这样，通过这种方法，路由器1从源单元3接收消息，其数据路由由源单元3的标识符2确定。

路由器1使用如图3所示意地示出的一种路由表进行路由操作。该表包含了多个查找关键字7，将接收的标识符2与其相比较。若接收的标识符与关键字7中的一个相匹配，则对应的路由字8就被检索到并用于确定数据应传输至的合适的单元。每一个路由字8是一个二进制数，具有预定的比特数目，每一个比特代表一条通向另一单元的链路。这就是说，在图1的示例中，每个路由字是8比特数，这8个比特代表了每个单元的8条通信链路。然而，在本发明的许多实施例中，每个单元可以具有多于8条通信链路，因此每个路由字将包含更多比特。若路由字的一个特定比特被设置为1，则表示数据应在由该比特所代表的通信链路上传输。相反地，若路由字的一个特定比特被设置为0，则表示数据不应在由该比特所代表的通信链路上传输。

上述路由有效地允许了多播通信，在多播通信中，消息是从哪个单元接收到的，该单元就确定了要向哪些单元传输数据。然而，当使用一个非常庞大的互连单元的网络时，图3所示的路由表将非常庞大。因此，当使用单芯片实现图1中的每个单元时，将路由表装入该芯片就变得不可能或至少非常昂贵。因此可以进行多种优化。例如，应注意，网络中任一单元中的路由器所包含的路由表仅需要包含与符合以下条件的标识符相关的关键字的条目：该标识符的从其源至其所有目的地的路由经过、产生于或终结于该单元。

另外，或作为选择，在图3的查找表未能为特定标识符提供匹配的情况下，每个单元可实现缺省路由。例如，当消息中包含的标识符不能匹配图3的表中的任何一个关键字时，只将数据传输至与接收该消息的链路正好方向相反的链路上的单个单元。

此外，经常需要以相同方式处理消息标识符组。这就是说，从多个单元接收到的消息可能都需要产生至网络中相同的单元集合的数据传输。这可以通过在进行查找操作时忽略消息标识符中的一些比特而有效实现。这就是说，在进行查找操作时消息标识符中的一些比特将被作为“无关”比特来对待。现参照图4描述一种使用这样的“无关”比特的实施例。

参照图4，示意了一个16比特的路由关键字。这16比特形成了3个逻辑部分。第一部分9包含两个比特，表示这16个比特共同代表了一种特定类型的路由数据。在一个实施例中，当使用图3的路由表来实现上述的多播通信时，这两个比特值为“00”。值“01”，“10”和“11”分别用于表示：一对一路由，其中剩余的14比特代表数据应传输至的地址；广播路由，其中不需要剩余的14比特；以及路由器采用的某种其他路由算法。

当第一部分值为“00”时，路由关键字的第二和第三部分10和11用于通过使用图3的查找表进行查找操作而进行路由。然而，在本发明描述的实施例中，只有组成第二部分10的6个比特用于查找操作，组成第三部分11的其余8个比特在当前路由器用于路由目的时被忽略。这就是说，只有第二部分10的比特确定数据传输至哪些单元，而第三部分11的比特在适当情况下用于确定网络中其它单元的其它路由。第三部分11的比特可由网络中后续单元使用一种更细化的查找表进行部分处理，或选择性地由后续单元进行软件处理。

可以看到，当实施路由操作时，仅考虑第二部分10(而不考虑第三部分11)的图3路由表的优化带来了显著的益处。否则，在该较小的例子中，路由表将需要16,384个条目(即2¹⁴)，而不是64个条目(即2⁶)。

如图4所示，可以看到6个相邻的比特组成了第二部分10，而8个相邻的比特组成了第三部分11。第二和第三部分并不必须由相邻的比特构成。例如，在进行查找操作时，可以决定第二部分11中的最高比特12也被忽略。在这种情况下，该最高比特12就成了第三部分11的一部分，在查找操作中不使用。类似地，比特13可能在查找操作中被考虑，相应地，比特13就成了第二部分10的一部分。这就是说，一般而言，为了减小路由表的大小，仅考虑标识符中的一些比特，被考虑和不被考虑的比特位于路由关键字中的任何位置。

现在对包含如图3所示的查找表的路由器1进行进一步详细描述。应注意，一般而言，路由器是一种联合(内容-地址)存储器，基于每一个条目都具有可编程掩码(mask)，以正确处理上述的路由关键字中的第二和第三部分10、11。这个联合存储器与保存有用于实施路由操作的路由字的传统存储器相连接。该联合存储器的实现可以使用任何传统技术，如VLSI CAM单元或哈希编址的RAM。

现参照图5和图6，对路由器的结构进行描述。参照图5，如上所述，可以看到路由器3包含联合存储器14和查找RAM 15。一般而言，如箭头16所示，将如上所述类型的路由关键字提供给联合存储器。然后该联合存储器通过将联合存储器中的每一个关键字与出现的路由关键字进行比较而实施查找操作。如箭头17所示，联合存储器输出该操作所产生的成功或失败。若产生成功的结果，就从查找RAM 15中得到合适的路由字，并如箭头18所示将其输出。

现将参照图6，对路由器1的结构及其操作进一步详细描述，该图示意了联合存储器14的两个条目以及查找RAM 15中相应的两个条目。联合存储器中的第一个条目包含掩码19、掩码选通(gating)20、关键字21及比较器22。如箭头18所示，提供路由关键字(例如上面讨论过的源单元的标识符)，并与掩码19一道传送给掩码选通20。掩码选通20是一系列的与门，进行所提供的路由关键字与掩码19之间的逐比特与操作。

掩码19经配置以正确路由关键字中的“无关(don’t care)”比特。例如，若路由关键字具有如图4所示的形式，其14个最低比特组成了路由关键字的可操作部分，则提供形式为11111100000000的14比特掩码。可以看到，进行该掩码与图4中的路由关键字的逐比特逻辑与操作将保留路由关键字可操作部分中最高的6个比特的状态，而将8个最低比特设置为0。通过确保关键字21的8个最低比特被设置为0，该方法有效实现了所需的“无关”策略。

掩码选通20实施的逐比特与操作的结果连同与联合存储器中该条目相关联的关键字21一道被输出至比较器22。若比较成功，则读取查找RAM 15中存储的与联合存储器中的所述条目相关联的路由数据23，并如箭头18所示将其输出。

之前对图6的描述关注联合存储器14中的单一条目及查找RAM15中的相关联条目。图6中还示出了联合存储器14中的另一条目，包含掩码19a、掩码选通20a、关键字21a及比较器22a。然而，可以认识到，联合存储器实际上包含大量具有相同结构的其它条目。从图6可以看出，若比较器22、22a生成了一个成功结果，则其输出传送至或门24，或门24将如箭头17所示，产生成功/失败数据。也就是说，如果一个比较成功，则相应比较器将“1”传送至或门24，相应地，输出17将以“1”表示一个成功结果。若没有一个比较器输出“1”，或门24的输出将为“0”。箭头17所示的成功/失败的输出可以用于如上所述的在失败情况下触发缺省路由行为。

之前对图5和图6的描述关注适合于特定路由关键字的数据定位。可以认识到，在实施这一处理之前，联合存储器必须合理配置以存储合适的数据。现描述这样的处理，首先参照图5。一般地，箭头25、26表示的控制信号表示是否应将关键字或掩码写入联合存储器，接下来如箭头26所示，提供合适的数据。将出现的数据写入联合存储器14中的地址，该地址由箭头27表示的地址数据确定。箭头27表示的地址数据进一步标识了查找RAM 18的条目，意味着可以提供由箭头28表示的合适的控制信号，以允许将箭头29表示的数据(以路由字的形式)写入查找RAM 15。

图6示出了图5的写配置的进一步细节。可以看到，箭头27表示的地址被传送至写地址解码器30，地址解码器30选择联合存储器14中的合适的条目。联合存储器14的每个单元接收25a、25b、25c、25d所表示的控制信号，以表示是否写入关键字数据或掩码数据。接下来，如箭头26所示，将要被写入的数据提供给联合存储器的合适的单元，并存储在联合存储器中当前写入被启用的单元中。

从图6可以进一步看出，写地址解码器30选择了如箭头29所示提供的路由数据将被写入的查找RAM 18的单元。

在图6中，路由器被示为针对联合存储器14和查找RAM 15具有单个写地址解码器。这种情况并不是必需的。例如，假定在成功的情况下，准确地说一个比较器将为出现的路由关键字生成一个比特，则比较器集合输出将是一个(1，N)码(即准确地一个比特被设置为“1”而N-1个比特被设置为“0”)。该(1，N)码可用于高效地对查找RAM 15进行寻址。

再次参照图6，应注意到，给联合存储器中每个条目提供掩码使得对于联合存储器中不同条目可以实现不同的“无关”策略。在本发明的备选实施例中，单一的“无关”策略可以应用于联合存储器的全部条目。在这样的实施例中，单一的掩码被存储并传送至所有条目的掩码选通。

之前的描述关注路由器在互连单元网络中的单元间路由数据。然而，本发明也适用于在单元内的路由。例如，现在参照图7，图7示出了图1中所示一个单元的合适的结构。可以看出，在路由器1之外，所示的单元包含监控处理器31，负责该单元的全面管理。另外，为每个接收消息的通信链路提供了接收器接口32(即，在图1网络中的每个单元中将提供8个接收器接口)。接收器接口32将数据传送至判决器33，判决器33负责将从接收器接口32接收到的消息提供给路由器1。将消息传送给路由器的顺序由判决器33确定，但是，若假定消息是独立路由的，则消息传送的顺序并不重要。接下来，路由器1按照之前所述的方式实施路由，将数据路由至单元中的簇处理器(fascicle processor)34或传输器接口35。应注意，每一个簇处理器34都被配置为实现形成神经网络的一部分的多个神经元(即神经束)。然而，处理器34可以采取任何合适的形式，不必须实现多个神经元。针对数据可能在其上传输的每个链路都提供一个传输器接口35(即，在图1中的网络的每个单元中提供8个传输器接口)。这样，可以看到，路由器1不仅向所示单元内的处理器路由数据，也向网络中的其他单元路由数据。簇处理器34可以生成路由器1处理的消息，其处理方式同处理由互连单元接收到的消息一样。

根据本发明的路由和通信方法在神经元互相通信的神经系统中尤其具有可应用性。这样的系统需要本发明所提供类型的高效的多播通信。这样的系统可以使用具有图7所示形式的单元来实现，其中包含在每个单元内的每一个簇处理器34都实现多个上述神经元。可以认识到，在这样的情况下，每个神经元有各自的标识符。这些神经元标识符可以被用做路由关键字。实际上，可以认识到，路由关键字可以采取任何方便的形式。这就是说，路由关键字可以采取神经元、处理器或单元的标识符的形式。实际上，在本发明的备选实施例中，使用其他的路由关键字。

可以认识到，必须定义在本发明的实施例中使用的路由表。路由表可使用外部软件来配置。例如，在本发明的神经实现中，提供描述神经元互连的神经网列表，然后将神经元映射到处理器以确定路由表条目。这一处理和FPGA配置类似。在映射过程中必须考虑到如路由表大小和带宽限制等的资源限制。当生成了合适的路由表时，可以使用参考图6所述的方法将其写入。

对静态应用，路由表是固定的。然而，可以在系统运行时允许本地处理器修改路由表。这允许对发展过程进行建模，如在基于神经的系统中。当然必须小心实施在系统操作过程中修改路由表，以确保总是能够得到所希望的路由。

本发明的优选实施例已经描述如上。然而，可以认识到，在不背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的前提下，可以对这些实施例进行各种修改。例如，本发明描述了使用发出消息的单元的标识符来确定路由。这并不是必需的。发出消息的单元可以在消息中提供在查找操作中用做路由关键字的任何合适的数据。

另外，在图1示出了单元的二维排列，其中每个单元都与其最邻近的8个单元相连接。然而，可以认识到，许多其他的配置都是可能的。例如，可以使用三维排列，事实上，在每个单元有8个连接的网络中，可以使用一种四维超立方体互连构造。

Claims (17)

1.一种在多个互连单元之间传输数据的方法，该方法包括：

从第一单元接收消息，所述消息包括路由关键字；

处理所述路由关键字以标识多个所述互连单元；以及

向经标识的所述多个互连单元传输数据；

其中，处理所述路由关键字包括通过使用所述路由关键字进行查找操作而尝试定位路由字，所述查找操作包括将所述路由关键字同与各路由字相关联的关键字进行比较，所述路由关键字包含多个比特，且在至少一部分所述比较中仅使用这些比特的子集；用于所述比较的所述路由关键字的比特对于每个关键字而言，是根据与该关键字相对应的掩码而确定的；多个所述互连单元是使用所述定位的路由字进行标识的。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述路由字具有针对多个互连单元中的每一个的比特，且各比特的状态确定了是否将数据传送到所述互连单元之一。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述路由字具有针对与所述互连单元中的一个特定单元相连的多个单元中的每一个单元的比特。

4.如权利要求1、2或3中所述的方法，其中在进行所述比较之前，所述掩码将除了所述子集之外的所述路由关键字的比特设置为预定状态。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述设置所述路由关键字的比特包括：在所述路由关键字和预定掩码之间进行逐比特逻辑与操作。

6.如权利要求1，2，3或5所述的方法，其中，所述路由关键字包括所述第一单元的标识符。

7.如权利要求1，2，3或5所述的方法，其中，若所述尝试不成功，则使用缺省数据来标识至少一个互连单元。

8.如权利要求1，2，3或5所述的方法，其中，所述第一单元和经标识的所述多个互连单元与第二单元相连接，并且在所述第二单元处执行所述方法。

9.如权利要求1，2，3或5所述的方法，所述传输数据包括所述消息。

10.如权利要求1，2，3或5所述的方法，其中，所述消息包括数据有效载荷。

11.一种在多个互连单元之间传输数据的设备，该设备包括：

用于从第一单元接收消息的装置，所述消息包括路由关键字；

用于处理所述路由关键字以标识多个所述互连单元的装置，其中处理所述路由关键字通过使用所述路由关键字进行查找操作而尝试定位路由字，所述查找操作包括将所述路由关键字同与各路由字相关联的关键字进行比较，所述路由关键字包含多个比特，且在至少一部分所述比较中仅使用这些比特的子集；用于所述比较的所述路由关键字的比特对于每个关键字而言，是根据与该关键字相对应的掩码而确定的；多个所述互连单元是使用所述定位的路由字进行标识的；以及

向经标识的所述多个互连单元传输数据的装置。

12.一种用于在多个互连单元之间传输数据的设备，该设备包括：

接收器接口，被配置为从第一单元接收消息，所述消息包括路由关键字；

处理器，被配置为通过使用所述路由关键字进行查找操作而尝试定位路由字以标识多个所述互连单元，所述查找操作包括将所述路由关键字同与各路由字相关联的关键字进行比较，所述路由关键字包括多个比特，且在至少一部分所述比较中仅使用这些比特的子集；用于所述比较的所述路由关键字的比特对于每个关键字而言，是根据与该关键字相对应的掩码而确定的；多个所述互连单元是使用所述路由字进行标识的；以及

传输器接口，被配置为向经标识的所述多个互连单元传输数据。

13.如权利要求12所述的设备，其中，所述处理器被配置为基于存储在联合存储器中的数据来标识所述多个所述互连单元。

14.如权利要求13所述的设备，其中，所述联合存储器被配置为定位存储在相关RAM中的路由字。

15.如权利要求13或14所述的设备，其中，所述联合存储器包括多个条目，每一个条目均包括关键字，且所述处理器被配置为使用所述联合存储器的关键字来标识所述多个所述互连单元。

16.如权利要求15所述的设备，其中，所述路由关键字与所述掩码进行组合以标识所述多个互连单元。

17.一种互连单元的网络，所述互连单元被配置为在彼此之间传输数据，每个互连单元均包括路由器，且所述路由器被配置为执行如权利要求1、2、3或5所述的方法。

Images