CN103294169A - 一种功耗优化的众核系统的冗余保护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种功耗优化的众核系统的冗余保护系统及方法，该众核系统包括众核系统运算流图单元、可靠性预测单元、计时器、检测器、错误计数器以及控制单元，该方法主要包括：在众核系统运行中，记录周期内每一个运算核发生信息错误的次数；每一个任务所有运算核发生错误次数总和低于错误次数下限，减少任务冗余度，修改表决策略，降低众核系统功耗；某一运算核错误次数超过单核错误上限，增加冗余度，修改表决策略；若进一步超过抛弃值重配置一次，配置后仍旧超过抛弃值，抛弃该核，重新配置该核任务于空闲核或低可靠性保障任务冗余核，提升可靠性。本发明提出的根据一定条件添加或者减少冗余模块，较好的实现众核系统可靠性和功耗的联合优化。

Description

一种功耗优化的众核系统的冗余保护系统及方法

 

技术领域

本发明涉及众核处理器领域，特别涉及一种功耗优化的众核系统的冗余保护系统及方法。

背景技术

目前，随着半导体工艺的日益进步，集成度越来越高，能够在单位面积上集成的门数越来越多，在一个芯片上集成多个核成为了可能。用户对众核系统性能要求越来越高，基于片上网络（Network on Chip）的众核（Many-core）众核系统能通过多核并行运算提高众核系统处理性能，已经应用于卫星通信、航空航天、医疗保健以及信息安全等关键领域。图1展示了一种矩形结构的片上网络众核架构，该架构上拥有众多运算核，提供了运算资源。

在众核系统高效运行的同时，用户对众核系统长时间正确处理信息的要求也越来越高。在某些人无法到达的运行环境，如高温高辐射等，需要众核系统拥有强大的容错能力。用户对众核系统的续航能力要求也越来越高。

现有的众核可靠性技术均没有考虑众核系统的功耗问题。只是通过将发生错误的核进行重启以恢复错误，或者在重启后也无法恢复的时候，将故障核从众核系统中剥离，在空余核上重新配置该任务，以恢复众核系统功能。这些技术也无法解决众核系统内外环境恶化后众核系统可靠性下降问题。

在某些众核系统上众核系统会为某些任务配置多个冗余模块，在稳定环境中运行时会冗余过度，造成功耗过高；在众核系统内外环境状况发生变化时可能会冗余不够，无法达到可靠性保障水平，造成错误数据过多。为此，如何在保证众核系统可靠性保障水平的同时降低众核系统运行功耗，成为了一个有待解决的问题。

发明内容

    本发明提供了一种功耗优化的的众核系统冗余保护系统，其负责监测和配置众核系统，该众核系统包括多个运算节点，所述各运算节点分别配置有单个或多个运算核，所述运算核用于各运算节点的运算任务的计算，其特征在于，该保护系统包括众核系统运算流图单元、可靠性预测单元、计时器、检测器、错误计数器以及控制单元，其中

    所述众核系统运算流图存储单元，用于存储众核系统运算流图信息,所述众核系统运算流图信息包括各个运算节点；

 可靠性预估单元，用于对众核系统运算流图的每一个运算节点的运算任务进行可靠性计算，生成各运算节点的运算任务的可靠性保障优先级信息并发送至所述控制单元；

 计时器，为众核系统的各运算核提供时间周期计时，其在周期结束的时候给所述错误计数器发送清零信息；

 检测器，用于检测众核系统中运行中的每一个运算核在所述计时器计时的一个周期内是否发生错误；

 错误计数器，用于记录每一个运算核在所述周期中所述检测器检测到错误的次数并将错误的次数发送至控制单元；

 控制单元，用于各运算节点运算核的配置并根据所述错误计数器记录的数据控制众核系统各运算节点冗余度增加或者减少以完成各运算节点的运算核的重配置。

较佳地，所述控制单元包括：

核状态存储模块，用于存储运算核状态表，所述核状态表包括各运算核的使用状态和重置位；

错误限制存储模块，用于存储错误限制信息表，所述错误限制信息表包括每一个计算任务总和错误次数下限、单核错误次数上限和单核抛弃值；

任务信息存储模块，用于存储任务信息表，所述任务信息表包括每个计算任务的最少冗余度、可靠性保障优先级与当前运算核数量；

任务配置存储模块，用于存储运算任务运算核的配置信息；

任务配置控制模块，用于控制众核系统增加冗余和减少冗余操作，完成众核系统各运算节点的运算核配置。

较佳地，所述可靠性预估单元在可靠性预估结束后，将可靠性保障优先级写入控制单元内的任务信息存储模块。

较佳地，所述各运算核均有一个计数模块记录该运算核的错误次数，并在接收到计时器清零信息后将记录的错误信息清零。

较佳地，所述使用状态包括正在使用，空闲中与已经被抛弃，所述重置位作为运算核是否重置过的标记位。

较佳地，所述任务配置控制模块配合所述任务配置存储模块进行运算任务的运算核初始配置以及重配置。

一种功耗优化的众核系统的冗余保护方法，其包括以下步骤：

S1:可靠性预测模块对该众核系统中每一个运算节点的可靠性保障优先级进行设定，根据可靠性保障优先级对每个运算节点配置运算核；

S2:在运算节点映射到为其配置的运算核之后，运算核对运算节点的运算任务进行运算，错误计数器记录该运算任务一个运算周期内每一个运算核发生信息错误的次数；

S3:对于采用单核的运算节点，运算核直接输出结果，对于配置有多个运算核的运算节点，各运算核通过表决器输出运算结果；

S4:根据所述步骤S2中记录的运算核发生信息错误的次数数据，控制单元控制众核系统减少冗余、增加冗余以及运算核的重配置。

较佳地，所述步骤S4中减少任务冗余度的方法，包括以下步骤：

S1:查询同一运算任务所有运算核错误次数之和是否低于所述错误次数下限，若是则进行S2，否则众核系统保持不变，众核系统继续运行；

S2:查询该运算节点中现有冗余度是否大于所述最少冗余度，若是进行S3，否则众核系统保持不变，众核系统继续运行；

S3:将该运算节点中错误次数最高的运算核移除，作为空闲核，减少1冗余度，修改表决器表决策略，众核系统继续运行。

较佳地，所述S4中增加冗余度以及运算核的重配置的方法包括以下步骤：

S1：查询运算核错误次数是否超过错误限制信息表中设定的所述单核错误上限，若是进行步骤S2，否则众核系统保持不变，众核系统继续运行；

S2：查询运算核错误次数是否超过错误限制信息表中设定的所述单核抛弃值，若是进行步骤S5，否则进行步骤S3；

S3：查询核状态表中是否存在空闲核，若是进行步骤S4，否则众核系统保持不变继续运行；

S4：将一个空余运算核配置到该运算节点的计算任务中，增加1冗余度，修改表决器策略，众核系统继续运行；

S5：查询核状态表中该运算核重置位是否为1，若是进行步骤S7，否则进行步骤S6；

S6：利用配置信息重新配置该运算核，重置位置1，进行步骤S3；

S7：将该运算核抛弃，不作为空闲核，继续步骤S8；

S8：查询核状态表中是否存在空闲核，若是进行步骤S9，否则进行步骤S10；

S9：选取一个空闲核配置模块任务，恢复冗余度，众核系统继续运行；

S10：查询任务信息表中可靠性保障优先级低的且拥有冗余度的运算节点，选取其中之一配置该运算节点的运算任务，恢复冗余度，可靠性保障优先级低的运算任务降低1冗余度，众核系统继续运行。

 较佳地，所述错误次数下限、单核错误次数上限、单核抛弃值为根据运算节点可靠性设定的，所述错误次数下限、单核错误次数上限、单核抛弃值越低则运算节点可靠性越高。

 本发明提供的功耗优化的众核系统冗余保护众核系统及方法，通过记录一段时间周期各个模块发生错误的次数，动态调整众核系统运算流图中各个运算节点的冗余度，实现众核系统在稳定环境下运行时，错误发生次数少，防止冗余过度，实现低功耗运行；众核系统在内外环境状况变化时，错误发生次数增多，防止冗余不足，提高众核系统运行可靠性。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

 

附图说明

图1展示的是一个矩形的四乘以四众核系统架构设计图；

图2是本发明实施例提供的一种功耗优化的众核系统冗余防护方法流程图；

图3是本发明实施例提供的减少冗余度降低功耗的具体流程图；

图4是本发明实施例提供的增加冗余度提高可靠性保障水平的具体流程图；

图5是本发明实施例提供的错误信息限制表示意图；

图6是本发明实施例提供的任务信息表示意图；

图7是本发明实施例提供的核状态表示意图；

图8是本发明实施例提供的一种功耗优化的众核系统冗余防护装置具体结构图。

 

具体实施例

 

如图8所示，本发明提供了一种功耗优化的的众核系统冗余保护系统800，负责监测和配置众核系统上运算核，该众核系统包括多个运算节点，所述各运算节点分别配置有单个或多个运算核，所述运算核用于各运算节点的运算任务的计算，该保护系统800其包括：

众核系统运算流图存储单元801，用于存储众核系统运算流图信息；

可靠性预估单元802，用于对众核系统运算流图的每一个运算节点的运算任务进行可靠性计算，生成各运算节点的运算任务的可靠性保障优先级信息并发送至所述控制单元；

计时器804，为众核系统的各运算核提供时间周期计时，其在周期结束的时候给所述错误计数器发送清零信息；

检测器803，用于检测众核系统中运行中的每一个运算核在计时器804计时的一个周期内是否发生错误；

错误计数器805，用于记录每一个运算核在所述周期中所述检测器检测到错误的次数并将错误的次数发送至控制单元806；

控制单元806，用于各运算节点运算核的配置并根据错误计数器805记录的数据控制众核系统各运算节点冗余度增加或者减少以完成各运算节点的运算核的重配置。

其中所述控制单元包括：

核状态存储模块8061，用于存储运算核状态表，所述核状态表包括各运算核的使用状态和重置位；

错误限制存储模块8062，用于存储错误限制信息表，所述错误限制信息表包括每一个计算任务总和错误次数下限、单核错误次数上限和单核抛弃值；

任务信息存储模块8063，用于存储任务信息表，所述任务信息表包括每个计算任务的最少冗余度、可靠性保障优先级与当前运算核数量；

 任务配置存储模块8064，用于存储运算任务运算核的配置信息；

任务配置控制模块8065，用于控制众核系统增加冗余和减少冗余操作，完成众核系统各运算节点的运算核配置。

 其中可靠性预估单元802在可靠性预估结束后会将可靠性保障优先级写入任务信息存储模块8063；计时器804，还用于在周期结束的时候给错误计数器805发送清零信息，周期长短由人工设定；错误计数器805对于每一个运算核均有一个计数模块记录该运算核的错误次数，并在接收到计时器804清零信息后将记录的错误信息清零；核状态存储模块8061，如图7所示，主要存储每个核的使用状态和重置位，使用状态包括正在使用、空闲中和已经被抛弃三种状态，重置位作为是否重置过的标记位。

 错误限制存储模块8062，如图5所示，主要存储每一个任务总和错误次数下限，单模块错误次数上限和单模块抛弃值；任务信息存储模块8063，如图6所示，主要存储每个计算任务的最少冗余度，可靠性保障优先级和当前运算核数；任务配置控制模块8065，还用于利用任务配置存储模块8064进行任务初始配置以及重配置。

如图2所示，本发明还提供了一种功耗优化的众核系统的冗余保护方法，其包括以下步骤：

201:可靠性预测模块对该众核系统中每一个运算节点的可靠性保障优先级进行设定，根据可靠性保障优先级对每个运算节点配置运算核，所述各运算节点配置有多个运算核或单个运算核；

202:在运算节点映射到为其配置的运算核之后，运算核对运算节点的运算任务进行运算，错误计数器记录该运算任务一个运算周期内每一个运算核发生信息错误的次数；

203:对于采用单核的运算节点，运算核直接输出结果，对于配置有多个运算核的运算节点，各运算核通过表决器输出运算结果；

204:根据所述步骤202中记录的运算核发生信息错误的次数数据，控制单元控制众核系统减少冗余、增加冗余以及运算核的重配置。

其中，如图3所示，减少任务冗余度的方法，包括以下步骤：

300：众核系统开始运行；

301:错误计数器对各运算核的错误次数进行计数；

302:查询同一运算任务所有运算核错误次数之和是否低于所述错误次数下限，若是则进行303，否则众核系统保持不变，众核系统继续运行；

303:查询该运算节点中现有冗余度是否大于所述最少冗余度，若是进行304，否则众核系统保持不变，众核系统继续运行；

304:将该运算节点中错误次数最高的运算核移除，作为空闲核，减少1冗余度，修改表决器表决策略，众核系统继续运行。

 

如图4所示，增加冗余度以及运算核的重配置的方法包括以下步骤：

401：查询运算核错误次数是否超过错误限制信息表中设定的所述单核错误上限，若是进行402，否则众核系统保持不变，众核系统继续运行；

402：查询运算核错误次数是否超过错误限制信息表中设定的所述单核抛弃值，若是进行405，否则进行403；

403：查询核状态表中是否存在空闲核，若是进行404，否则众核系统保持不变继续运行；

404：将一个空余运算核配置到该运算节点的计算任务中，增加1冗余度，修改表决器策略，众核系统继续运行；

405：查询核状态表中该运算核重置位是否为1，若是进行407，否则进行406；

406：利用配置信息重新配置该运算核，重置位置1，进行403；

407：将该运算核抛弃，不作为空闲核，继续408；

408：查询核状态表中是否存在空闲核，若是进行409，否则进行步骤410；

409：选取一个空闲核配置模块任务，恢复冗余度，众核系统继续运行；

410：查询任务信息表中可靠性保障优先级低的且拥有冗余度的运算节点，选取其中之一配置该运算节点的运算任务，恢复冗余度，可靠性保障优先级低的运算任务降低1冗余度，众核系统继续运行。

  本领域普通技术人员可以理解上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括上述各方法的实施例流程。其中，所述的存储介质可谓磁碟、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

  由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过记录一段时间周期各个模块发生错误的次数，动态调整众核系统运算流图中各个运算节点的冗余度，实现众核系统在稳定环境下运行时，错误发生次数少，防止冗余过度，实现低功耗运行；众核系统在内外环境状况变化时，错误发生次数增多，防止冗余不足，提高众核系统运行可靠性。

 本发明实施例可以较好的解决众核系统因为众核系统冗余过高造成的功耗过高的问题和众核系统冗余不够造成的可靠性保障不够的问题。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种功耗优化的众核系统的冗余保护系统，其负责监测和配置众核系统，该众核系统包括多个运算节点，所述各运算节点分别配置有单个或多个运算核，所述运算核用于各运算节点的运算任务的计算，其特征在于，该保护系统包括众核系统运算流图单元、可靠性预测单元、计时器、检测器、错误计数器以及控制单元，其中

    所述众核系统运算流图存储单元，用于存储众核系统运算流图信息,所述众核系统运算流图信息包括各个运算节点；

 可靠性预估单元，用于对众核系统运算流图的每一个运算节点的运算任务进行可靠性计算，生成各运算节点的运算任务的可靠性保障优先级信息并发送至所述控制单元；

 计时器，为众核系统的各运算核提供时间周期计时，其在周期结束的时候给所述错误计数器发送清零信息；

 检测器，用于检测众核系统中运行中的每一个运算核在所述计时器计时的一个周期内是否发生错误；

 错误计数器，用于记录每一个运算核在所述周期中所述检测器检测到错误的次数并将错误的次数发送至控制单元；

 控制单元，用于各运算节点运算核的配置并根据所述错误计数器记录的数据控制众核系统各运算节点冗余度增加或者减少以完成各运算节点的运算核的重配置。

2.如权利要求1所述的功耗优化的众核系统的冗余保护系统，其特征在于，所述控制单元包括：

核状态存储模块，用于存储运算核状态表，所述核状态表包括各运算核的使用状态和重置位；

错误限制存储模块，用于存储错误限制信息表，所述错误限制信息表包括每一个计算任务总和错误次数下限、单核错误次数上限和单核抛弃值；

任务信息存储模块，用于存储任务信息表，所述任务信息表包括每个计算任务的最少冗余度、可靠性保障优先级与当前运算核数量；

任务配置存储模块，用于存储运算任务运算核的配置信息；

任务配置控制模块，用于控制众核系统增加冗余和减少冗余操作，完成众核系统各运算节点的运算核配置。

3.如权利要求2所述的功耗优化的众核系统的冗余保护系统，其特征在于，所述可靠性预估单元在可靠性预估结束后，将可靠性保障优先级写入控制单元内的任务信息存储模块。

4.如权利要求1所述的功耗优化的众核系统的冗余保护系统，其特征在于，所述各运算核均有一个计数模块记录该运算核的错误次数，并在接收到计时器清零信息后将记录的错误信息清零。

5.如权利要求2所述的功耗优化的众核系统的冗余保护系统，其特征在于，所述使用状态包括正在使用，空闲中与已经被抛弃，所述重置位作为运算核是否重置过的标记位。

6.如权利要求2所述的功耗优化的众核系统的冗余保护系统，其特征在于，所述任务配置控制模块配合所述任务配置存储模块进行运算任务的运算核初始配置以及重配置。

7.一种基于权利要求6所述的功耗优化的众核系统的冗余保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1:可靠性预测模块对该众核系统中每一个运算节点的可靠性保障优先级进行设定，根据可靠性保障优先级对每个运算节点配置运算核；

S2:在运算节点映射到为其配置的运算核之后，运算核对运算节点的运算任务进行运算，错误计数器记录该运算任务一个运算周期内每一个运算核发生信息错误的次数；

S3:对于采用单核的运算节点，运算核直接输出结果，对于配置有多个运算核的运算节点，各运算核通过表决器输出运算结果；

S4:根据所述步骤S2中记录的运算核发生信息错误的次数数据，控制单元控制众核系统减少冗余、增加冗余以及运算核的重配置。

8.如权利要求7所述的功耗优化的众核系统冗余保护方法，其特征在于，所述步骤S4中减少任务冗余度的方法，包括以下步骤：

S1:查询同一运算任务所有运算核错误次数之和是否低于所述错误次数下限，若是则进行S2，否则众核系统保持不变，众核系统继续运行；

S2:查询该运算节点中现有冗余度是否大于所述最少冗余度，若是进行S3，否则众核系统保持不变，众核系统继续运行；

S3:将该运算节点中错误次数最高的运算核移除，作为空闲核，减少1冗余度，修改表决器表决策略，众核系统继续运行。

9.如权利要求7所述的功耗优化的众核系统冗余保护方法，其特征在于，所述S4中增加冗余度以及运算核的重配置的方法包括以下步骤：

S1：查询运算核错误次数是否超过错误限制信息表中设定的所述单核错误上限，若是进行步骤S2，否则众核系统保持不变，众核系统继续运行；

S2：查询运算核错误次数是否超过错误限制信息表中设定的所述单核抛弃值，若是进行步骤S5，否则进行步骤S3；

S3：查询核状态表中是否存在空闲核，若是进行步骤S4，否则众核系统保持不变继续运行；

S4：将一个空余运算核配置到该运算节点的计算任务中，增加1冗余度，修改表决器策略，众核系统继续运行；

S5：查询核状态表中该运算核重置位是否为1，若是进行步骤S7，否则进行步骤S6；

S6：利用配置信息重新配置该运算核，重置位置1，进行步骤S3；

S7：将该运算核抛弃，不作为空闲核，继续步骤S8；

S8：查询核状态表中是否存在空闲核，若是进行步骤S9，否则进行步骤S10；

S9：选取一个空闲核配置模块任务，恢复冗余度，众核系统继续运行；

S10：查询任务信息表中可靠性保障优先级低的且拥有冗余度的运算节点，选取其中之一配置该运算节点的运算任务，恢复冗余度，可靠性保障优先级低的运算任务降低1冗余度，众核系统继续运行。

10.如权利要求7所述的功耗优化的众核系统冗余保护方法，其特征在于，所述错误次数下限、单核错误次数上限、单核抛弃值为根据运算节点可靠性设定的，所述错误次数下限、单核错误次数上限、单核抛弃值越低则运算节点可靠性越高。

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