CN105450481B - 片上网络的布局优化方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种片上网络的布局优化方法及装置。本发明提供的片上网络的布局优化方法，包括：获取基于模块化的片上网络NoC中各节点的路由器之间的交叉连线长度，其中，所述NoC中各节点的布局方式相同，所述路由器分别设置在所述各节点的相同位置；对所述NoC中的多个相邻节点进行分组形成分组单元；对所述NoC中所述各分组单元中的节点进行重新布局，使得所述多个相邻节点的路由器之间的连线长度小于所述已获取的交叉连线长度。本发明提供的方法通过降低连接延迟来减少NoC中数据传输的开销，相应地提高了NoC中数据包的传输效率。

Description

片上网络的布局优化方法及装置
技术领域
本发明涉及集成电路(Integrated Circuit，简称为：IC)设计技术，尤其涉及一种片上网络(Network-on-Chip，简称为：NoC)的布局优化方法及装置。
背景技术
采用总线结构以及点对点连接方式的传统工业，由于可扩展性差的原因，已经不能适应IC中高度发展的集成度，逐步被NoC所替代。
NoC是片上系统(System-on-Chip，简称为：SoC)的一种新的通信方式，它是多核技术的主要组成部分。NoC的核心思路是将SoC划为通信和计算两个子系统，其中通信子系统借鉴了分布式计算子系统网络的通信方式，使用路由器组成的网络结构和数据包交换策略来替代总线结构传输；因此，通过NoC交换数据包的主要开销是路由器之间的传输延迟，其中，该传输延迟具体包括路由延迟和连接延迟。
但是，现有技术中主要针对NoC中的路由延迟进行改善，以相应地减少数据传输的开销，达到优化电路的目的，但针对连接延迟，却一直没有相应的解决方案，从而使得连接延迟成为目前NoC中数据传输的主要开销。
发明内容
本发明提供一种片上网络的布局优化方法及装置，通过降低连接延迟来减少NoC中数据传输的开销，相应地提高了NoC中数据包的传输效率。
第一方面，本发明提供一种NoC的布局优化方法，包括：
获取基于模块化的片上网络NoC中各节点的路由器之间的交叉连线长度，其中，所述NoC中各节点的布局方式相同，所述路由器分别设置在所述各节点的相同位置；
对所述NoC中的多个相邻节点进行分组形成分组单元；
对所述NoC中所述各分组单元中的节点进行重新布局，使得所述多个相邻节点的路由器之间的连线长度小于所述已获取的交叉连线长度。
在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述分组单元包括四个相邻节点；所述对所述NoC中所述各分组单元的节点进行重新布局，包括：
通过翻转和/或旋转对所述各分组单元的节点进行重新布局，使得重新布局后的所述四个相邻节点的路由器位于所述分组单元的中心位置。
根据第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述重新布局后的NoC用于运行包含2到4个并行线程的程序。
在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述分组单元包括八个相邻节点；所述对所述NoC中所述各分组单元的节点进行重新布局，包括：
通过翻转和/或旋转对所述各分组单元的节点进行重新布局，其中，所述重新布局后的中间四个相邻节点的路由器位于所述分组单元的中心位置，两侧节点的路由器位于所述两侧节点的内侧。
根据第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述重新布局后的NoC用于运行包含6到8个并行线程的程序。
第二方面，本发明提供一种NoC的布局优化装置，包括：
获取模块，用于获取基于模块化的片上网络NoC中各节点的路由器之间的交叉连线长度，所述NoC中各节点的布局方式相同，所述路由器分别设置在所述各节点的相同位置；
分组模块，用于对所述NoC中的多个相邻节点进行分组形成分组单元；
处理模块，用于对所述NoC中所述各分组单元中的节点进行重新布局，使得所述多个相邻节点的路由器之间的连线长度小于所述已获取的交叉连线长度。
在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述分组单元包括四个相邻节点；所述处理模块，具体用于通过翻转和/或旋转对所述各分组单元的节点进行重新布局，使得重新布局后的所述四个相邻节点的路由器位于所述分组单元的中心位置。
在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述分组单元包括八个相邻节点；所述处理模块，具体用于通过翻转和/或旋转对所述各分组单元的节点进行重新布局，其中，所述重新布局后的中间四个相邻节点的路由器位于所述分组单元的中心位置，两侧节点的路由器位于所述两侧节点的内侧。
第三方面，本发明提供一种NoC，包括多个节点和分别设置于所述多个节点中的路由器；
其中，多个相邻节点为一个分组单元，处于同一分组单元的相邻节点的路由器之间互连。
在第三方面的第一种可能的实现方式中，所述分组单元包括四个相邻节点，所述四个相邻节点的路由器位于所述分组单元的中心位置；或者，
所述分组单元包括八个相邻节点，其中，中间四个相邻节点的路由器位于所述分组单元的中心位置，两侧节点的路由器位于所述两侧节点的内侧。
本发明提供一种片上网络的布局优化方法及装置，基于已获取的NoC中各节点的路由器之间的交叉连线长度，通过对该NoC中多个相邻节点进行分组形成分组单元，并对各分组单元中的节点进行重新布局，实现重新布局后分组单元中各节点的路由器之间的连线长度小于上述以获取的交叉连线长度，本实施例通过缩短节点之间路由器的连线长度来降低目前数据通信的重要开销，即连接延迟，相应地提高了NoC中数据包的传输效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的一种NoC的布局优化方法的流程图；
图2为现有技术中一种NoC的布局示意图；
图3为现有技术中另一种NoC的布局示意图；
图4为本发明实施例所提供的一种NoC的布局示意图；
图5为本发明实施例所提供的一种布局方式的示意图；
图6为图4所示NoC中一个分组单元的布局示意图；
图7为本发明实施例所提供的另一种NoC的布局示意图；
图8为本发明实施例所提供的一种NoC的布局优化装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例所提供的一种NoC的布局优化方法的流程图。本实施例提供的方法适用于对NoC进行布局优化的情况，该方法可以由片上网络的布局优化装置执行，该装置通常以硬件和/或软件的方法来实现，可以集成在终端设备的存储器中，例如集成在处理器芯片中，供处理器调用执行。如图1所示，本实施例的方法可以包括：
S110，获取基于模块化的NoC中各节点的路由器之间的交叉连线长度，其中，该NoC中各节点的布局方式相同，路由器分别设置在各节点的相同位置。
在现有的NoC中，以目前通常使用的基于模块化的无线网格网络(mesh)NoC为例进行说明，为了实现的便捷，通常将NoC设计为由完全相同多个节点组成，其中，每个节点都是模块化的功能部件，分布了不同功能的知识产权(Intellectual Property，简称为：IP)核，具有路由功能的路由器被简单的统一固定在各节点中的相同位置。本实施例提供的方法，对于已确定的NoC的布局方式，由于每个节点的布局方式是相同的，并且每个节点中路由器的位置是相同的，因此，从布局方式中可以获取到该NoC中各节点之间路由器的交叉连线长度。
举例来说，如图2所示，为现有技术中一种NoC的布局示意图，该NoC由四个节点构成，分别为节点A、节点B、节点C和节点D，每个节点的右下角的模块，即10A、10B、10C和10D分别为节点A、节点B、节点C和节点D的路由器，用于将本节点产生的数据包传输给其它节点，并接收其它节点传输给本节点的数据，各节点的其它部分为节点的功能部件，例如可以包括计算模块和存储模块等，各节点之间的路由器由交叉连线连接，该交叉连线的长度直接决定了路由器之间的连接延迟；显然地，在图2所示的NoC中，由于各节点的路由器在相同的位置，导致路由器之间的交叉连线的长度较长。
S120，对该NoC中的多个相邻节点进行分组形成分组单元。
现有技术中对NoC的布局的设计方式，考虑当整个NoC被同一个多线程程序占用时，并且各节点都等概率地与其它所有节点进行数据通信的情况；图3为现有技术中另一种NoC的布局示意图，如图所示，对于NoC中的任意两个相邻节点，路由器之间的距离相等，因此连接延迟也相等；图3中任意相邻四个节点的路由器之间的连接方式与图2中四个节点的路由器的连接方式相同。然而在程序运行的实际情况中，由于当前程序并行技术的限制，单个程序的并行度并不高，大部分并行程序都只具有少量并行的线程数，一般的并行程序都是由8个以下的线程组成，典型的并行数值为2到4个线程；例如，在亚马逊(Amazon)弹性计算云(Elastic Compute Cloud，简称为：EC2)的云服务器平台上运行的程序99％都少于8个线程，因此，现有技术对NoC中只运行着一个多线程程序的假设在大多数时候并不成立，实际上NoC中通常同时运行着几个不同的中小型并行程序，并且数据通信主要发生在同一程序的几个并行线程之间，不同程序间则很少发生数据通信。
在本实施例中，基于对上述程序中并行线程数量的考虑，又由于操作系统(Operating System，简称为：OS)通常会于将同一程序的并行线程调度到相邻节点进行计算，因此，数据通信主要发生在NoC中相邻的几个节点之间；本实施例提供的NoC的布局优化方法，将NoC中多个相邻节点进行分组形成分组单元，对每个分组单元中相邻节点的路由器进行连接，使得分组单元中的节点可以与该单元中的其它节点进行数据通信，并且该分组单元中各节点可以执行同一程序中的并行线程，不同分组单元之间的路由器则不建立连接，减少了NoC中节点之间路由器的连线长度，相应地可以降低连接延迟，并且可以显著提高NoC同时运行多个中小型并行程序时的性能。
S130，对该NoC中各分组单元中的节点进行重新布局，使得多个相邻节点的路由器之间的连线长度小于已获取的交叉连线长度。
在本实施例中，基于对程序中并行线程数量的考虑，已将相邻节点进行分组，对于分组单元中的节点，其路由器仅与该分组单元中的其它节点进行数据通信，因此，在NoC的布局中，不需要使得任意两个相邻节点的路由器之间的距离相等，可以对该分组单元中的节点进行重新布局，改变分组单元中路由器的位置，尽可能使得每个分组单元中各节点的路由器距离更近，从而该分组单元中相邻节点的路由器的连线长度小于上述已获取的交叉连线长度，进一步地减少了NoC中节点之间路由器的连线长度。
本实施例所提供的NoC的布局优化方法，基于已获取的NoC中各节点的路由器之间的连接方式和交叉连线长度，通过对该NoC中多个相邻节点进行分组形成分组单元，进而对各分组单元中的节点进行重新布局，实现重新布局后分组单元中各节点的路由器之间的连线长度小于上述以获取的交叉连线长度，本实施例通过缩短节点之间路由器的连线长度来降低目前数据通信的重要开销，即连接延迟，相应地提高了NoC中数据包的传输效率；另外，本实施例通过对NoC中相邻节点的分组，同一并行程序的多个线程间的数据通信在一个分组单元中进行，可以显著提高NoC同时运行多个中小型并行程序时的性能，各分组单元之间不需要发生数据交互，从而进一步地缩短了NoC中各节点间路由器的连线长度。
可选地，在本发明实施例提供的NoC布局优化方法的一种实现方式中，以分组单元包括四个相邻节点为例予以说明；相应地，S130具体包括：通过翻转和/或旋转对各分组单元的节点进行重新布局，使得重新布局后的该四个相邻节点的路由器位于该分组单元的中心位置。
在本实施例中，以上述图2和图3示出的NoC的布局方式为例，路由器位于各节点的右下角，将图3示出的NoC中的四个相邻节点进行分组后对分组单元中节点重新布局，布局的原则为尽可能缩短各节点间路由器的连线长度，可以缩短分组单元内各节点的路由器的距离，即使得四个路由器位于分组单元的中心位置，如图4所示，为本发明实施例所提供的一种NoC的布局示意图，图中每个粗线框内的四个节点为一个分组单元；对于节点中功能模块的布局是IC中物理设计的重要方式，可以通过翻转和/或旋转等技术实现由图3所示NoC布局方式向图4所示NoC布局方式的转换，目前大多数电子设计自动化(Electronic DesignAutomation，简称为：EDA)工具可以支持翻转和/或旋转等技术。具体地，图3中的一个分组单元的布局方式和路由器的连接方式可以与图2所示NoC相同，图5为本发明实施例所提供的一种布局方式的示意图，请参考图2，节点A中的路由器10A在分组单元的中心位置，可以保持不变，对节点B做水平翻转或顺时针旋转90°，对节点C做垂直翻转或逆时针旋转90°，对节点D做顺时针旋转180°或垂直翻转后再水平翻转，如图6所示，为图4所示NoC中一个分组单元的布局示意图，在分组和重新布局后，显然地，原来分散于各节点右下角的路由器被统一布局到了各分组单元的中心位置，图6中四个节点的路由器的距离和连线长度小于图2中四个节点的路由器的距离和连线长度。
需要说明的是，上述翻转和/或旋转的方式是本实施例提供的一种重新布局的技术手段，本发明实施例不限于图5所示出的方式，并且通过该方式得到的镜像布局与NoC的原始布局只有在布局方向上的差别，带来的设计开销几乎为零，但是可以显著缩短节点之间路由器的连线长度；另外，图4中各分组单元之间的路由器没有物理连接，不需要进行数据通信，即同一程序的并行线程在分组单元内执行，与图3所示的各节点等概率的与其它节点进行数据通信时的连接方式对比，即图3中任意四个相邻节点的连接方式与图2所示NoC的连接方式相同，很大程度上缩短了节点之间路由器的连线长度。
类似地，在本发明实施例提供的NoC布局优化方法的另一种实现方式中，以分组单元包括八个相邻节点为例予以说明；相应地，S130具体包括：通过翻转和/或旋转对各分组单元的节点进行重新布局，其中，重新布局后的中间四个相邻节点的路由器位于该分组单元的中心位置，两侧节点的路由器位于该两侧节点的内侧。
在本实施例中，以上述图3示出的NoC的布局方式为例予以说明，路由器位于各节点的右下角，将图3示出的NoC中的八个相邻节点进行分组后对分组单元中节点重新布局，图7为本发明实施例所提供的另一种NoC的布局示意图，布局的原则和技术方式与上述实施例相似，在此不再赘述。
需要说明的是，图4所示NoC适用于运行包括2到4个并行线程的程序；图7所示NoC适用于运行包括6到8个并行线程的程序；上述实施例对NoC中节点的分组根据程序中并行线程的数量进行合理划分，可以有效降低各并行程序内部的通信开销，使得NoC在同时运行多个程序时，各程序的并行线程的数量不超过分组单元中节点的数量，提高NoC的资源利用率。上述实施例对分组单元的划分方式以及路由器的连接方式都是本发明的可能实现方式，本发明实施例提供的NoC的布局优化方法并不局限于上述实施例中分组单元中节点的数量和划分方式，可以根据NoC中需要运行的并行程序的线程数量进行布局优化。
图8为本发明实施例所提供的一种NoC的布局优化装置的结构示意图。如图8所示，本实施例的NoC的布局优化装置，具体包括：获取模块11、分组模块12和处理模块13。
其中，获取模块11，用于获取基于模块化的NoC中各节点的路由器之间的交叉连线长度，其中，该NoC中各节点的布局方式相同，路由器分别设置在各节点的相同位置。
分组模块12，用于对该NoC中的多个相邻节点进行分组形成分组单元。
处理模块13，用于对该NoC中该各分组单元中的节点进行重新布局，使得该多个相邻节点的路由器之间的连线长度小于该已获取的交叉连线长度。
本发明实施例提供的NoC的布局优化装置用于执行本图1所示实施例提供的NoC的布局优化方法，具备相应的功能模块，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
可选地，本实施例提供的NoC的布局优化装置中，分组单元可以包括四个相邻节点；相应地，处理模块13，具体用于通过翻转和/或旋转对各分组单元的节点进行重新布局，使得重新布局后的该四个相邻节点的路由器位于该分组单元的中心位置。
类似地，本实施例提供的NoC的布局优化装置中，分组单元可以包括八个相邻节点；相应地，处理模块13，具体用于通过翻转和/或旋转对各分组单元的节点进行重新布局，其中，重新布局后的中间四个相邻节点的路由器位于该分组单元的中心位置，两侧节点的路由器位于该两侧节点的内侧。
本发明实施例提供一种NoC，包括多个节点和分别设置于所述多个节点中的路由器；其中，多个相邻节点为一个分组单元，处于同一分组单元的相邻节点的路由器之间互连。
举例来说，请参考图4，也为本发明实施例所提供的一种NoC的结构示意图，该NoC可以采用图1所示实施例提供的NoC的布局优化方法设计，其中，分组单元具体由四个相邻节点构成，具体地，该四个相邻节点的路由器位于该分组单元的中心位置，实现过程和有益效果相同，此处不再赘述。
再举例来说，请参考图7，也为本发明实施例所提供的另一种NoC的结构示意图，该NoC也可以采用图1所示实施例提供的NoC的布局优化方法设计，其中，分组单元具体由八个相邻节点构成，具体地，中间四个相邻节点的路由器位于该分组单元的中心位置，两侧节点的路由器位于两侧节点的内侧，实现过程和有益效果相同，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种片上网络的布局优化方法，其特征在于，包括：
获取基于模块化的片上网络NoC中各节点的路由器之间的交叉连线长度，其中，所述NoC中各节点的布局方式相同，所述路由器分别设置在所述各节点的相同位置；
对所述NoC中的多个相邻节点进行分组形成分组单元；
对所述NoC中所述各分组单元中的节点进行重新布局，使得所述多个相邻节点的路由器之间的连线长度小于所述已获取的交叉连线长度；
所述分组单元包括四个相邻节点；所述对所述NoC中所述各分组单元的节点进行重新布局，包括：通过翻转和/或旋转对所述各分组单元的节点进行重新布局，使得重新布局后的所述四个相邻节点的路由器位于所述分组单元的中心位置；或者：
所述分组单元包括八个相邻节点；所述对所述NoC中所述各分组单元的节点进行重新布局，包括：
通过翻转和/或旋转对所述各分组单元的节点进行重新布局，其中，所述重新布局后的中间四个相邻节点的路由器位于所述分组单元的中心位置，两侧节点的路由器位于所述两侧节点的内侧。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重新布局后的NoC用于运行包含2到4个并行线程的程序。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重新布局后的NoC用于运行包含6到8个并行线程的程序。
4.一种片上网络的布局优化装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取基于模块化的片上网络NoC中各节点的路由器之间的交叉连线长度，其中，所述NoC中各节点的布局方式相同，所述路由器分别设置在所述各节点的相同位置；
分组模块，用于对所述NoC中的多个相邻节点进行分组形成分组单元；
处理模块，用于对所述NoC中所述各分组单元中的节点进行重新布局，使得所述多个相邻节点的路由器之间的连线长度小于所述已获取的交叉连线长度；
所述分组单元包括四个相邻节点；所述处理模块，具体用于通过翻转和/或旋转对所述各分组单元的节点进行重新布局，使得重新布局后的所述四个相邻节点的路由器位于所述分组单元的中心位置；或者：
所述分组单元包括八个相邻节点；所述处理模块，具体用于通过翻转和/或旋转对所述各分组单元的节点进行重新布局，其中，所述重新布局后的中间四个相邻节点的路由器位于所述分组单元的中心位置，两侧节点的路由器位于所述两侧节点的内侧。
5.一种片上网络，其特征在于，包括多个节点和分别设置于所述多个节点中的路由器；
其中，多个相邻节点为一个分组单元，处于同一分组单元的相邻节点的路由器之间互连；
所述分组单元包括四个相邻节点，所述四个相邻节点的路由器位于所述分组单元的中心位置；所述各分组单元为通过翻转和/或旋转对各分组单元的节点进行重新布局，使得重新布局后的所述四个相邻节点的路由器位于所述分组单元的中心位置得到的；
或者，
所述分组单元包括八个相邻节点，其中，中间四个相邻节点的路由器位于所述分组单元的中心位置，两侧节点的路由器位于所述两侧节点的内侧；所述各分组单元为通过翻转和/或旋转对所述各分组单元的节点进行重新布局得到的，其中，所述重新布局后的中间四个相邻节点的路由器位于所述分组单元的中心位置，两侧节点的路由器位于所述两侧节点的内侧。
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