CN107634909A - 面向多地址共享数据路由包的路由网络及路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种面向多地址共享数据路由包的路由网络、路由方法及其路由芯片，其中所述路由网络包括：外围环形连接结构，包括多个外围路由器，所述多个外围路由器构建成一环形通路；其中每个外围路由器均连接有一个用于通过其发送和接收路由包的处理单元；中心星形连接结构，包括一中心路由器，所述中心路由器分别与所述每个外围路由器相连接，形成一星形结构；当任一个所述外围路由器在传输路由包时，根据所述路由包的待传输地址与当前外围路由器的距离判断是否需要将该路由包转发至所述中心路由器；若是，进一步判断当前外围路由器至所述中心路由器的通道是否拥堵；若否，则选择不转发至所述中心路由器，而进一步传递给下一个外围路由器。

Description

面向多地址共享数据路由包的路由网络及路由方法

技术领域

本发明涉及多核或众核结构下片上网络的路由设计领域，特别涉及一种面向多地址共享数据路由包的路由网络、路由方法及其路由芯片。

背景技术

随着高性能计算的发展，高性能计算即将进入E级时代，为了不断挖掘高性能计算下特定应用的并行性，在处理器片上往往采用了大规模处理核心的结构。由于片上网络承担了不同处理器核心之间通信，提高片上网络通信效率因而可以有效提高程序并行效率，然而处理核心数目的增加也给片上网络的设计带来的新的挑战，对于一些传输延迟敏感的应用或执行模式的实际性能在很大程度上依赖于片上网络的传输效率。可以发现一般处理器核向片上网络发送的大部分消息的目的地址不同但是数据相同的特性，例如一些众核结构中的同步消息，处理核心上cache的一致性消息，以及数据流众核结构中的操作数消息等。

在最新的数据流众核结构中，大量运算的操作数需要通过片上网络传递，造成片上网络上传输消息量巨大，严重影响了数据流众核片上处理器核接收消息的延迟，并且数据流众核处理器核的性能很依赖接收操作数带宽。基于以上情况出现了将传统的单地址单数据包格式改成多地址共享数据包格式，新的路由包相比于传统的数据包可以大量减少片上网络上传输消息量，从而减少片上网络传输延迟，提高数据流众核处理器核的运算吞吐量。

目前现有的面向多地址共享数据路由包的片上网络结构通常应用的是图1所示的，该片上网络结构采用常见的Mesh结构，片上网络每个Router的端口数(路由方向)较多。设计多地址共享数据路由包结构的目的主要考虑是多个地址共享同一数据，而路由包里多个地址路由的路径不在考虑中，所以这些地址路由的路径重叠随机。对于Mesh结构片上网络，由于路由方向多，路由路径众多，使这些地址路由的路径重叠率较低，造成多地址共享数据路由包在片上网络传输前期就很可能拆分成多个路由包，使多地址共享数据路由包结构无法发挥很大作用。并且Mesh网络传输存在较长的路径，图1中从Router0路由到Router15需要较长的时间，极大影响片上网络传输性能。

如果能妥善利用环形结构片上网络的特性，将Mesh结构片上网络改成环形结构片上网络，这样可以更好发挥路由包的多地址共享数据特性，避免路由包过早拆分，并且在环形结构片上网络中间加入Router，可以通过这个Router降低路由包传输远路径所花时间，提高片上网络传输性能。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明首先提出一种面向多地址共享数据路由包的路由网络，所述路由网络包括：

外围环形连接结构，包括两两依次连接的多个外围路由器，所述多个外围路由器构建成一环形通路；其中每个外围路由器均连接有一个用于通过其发送和接收路由包的处理单元；

中心星形连接结构，包括一中心路由器，所述中心路由器分别与所述每个外围路由器相连接，形成一星形结构；

其中，当任一个所述外围路由器在传输路由包时，根据所述路由包的待传输地址与当前外围路由器的距离判断是否需要将该路由包转发至所述中心路由器；若是，进一步判断当前外围路由器至所述中心路由器的通道是否拥堵；若否，则选择不转发至所述中心路由器，而进一步传递给下一个外围路由器。

根据本发明提出的路由网络，其中，在判断是否需要将该路由包转发至所述中心路由器之前，还包括判断所述路由包是对单个地址有效还是对多个地址有效的步骤；若所述路由包对多个地址有效，则进一步判断所述多个地址相对于当前的外围路由器的路由方向是否一致，将所述路由包内不同路由方向的地址进行拆分，相同路由方向的地址则继续捆绑。

根据本发明提出的路由网络，其中，所述路由方向指的是依照顺时针方向传输还是依照逆时针方向传输，判断依据为所述路由包的待传输地址与当前外围路由器的距离。

本发明同时提供一种面向多地址共享数据路由包的路由方法，包括以下步骤：

S1：路由包传送至呈环形连接结构的多个外围路由器中的一个，所述路由包中的内容包括地址部分和数据部分；其中每个所述外围路由器连接有一个用于通过其发送和接收路由包的处理单元；

S2：判断所述路由包是对单个地址有效还是对多个地址有效；若所述路由包对单个地址有效，则进入步骤S3；若所述路由包对多个地址有效，则进一步判断是否需要将所述路由包进行拆分；

S3：根据所述路由包中的待传输地址与当前外围路由器的距离判断是否需要将该路由包转发至中心路由器；所述中心路由器分别与所述每个外围路由器相连接，形成一星形结构；若是，进一步判断当前外围路由器至所述中心路由器的通道是否拥堵；若否，则选择不转发至所述中心路由器，而进一步传递给下一个外围路由器。

根据本发明提出的路由方法，其中，所述步骤S2中判断是否需要将所述路由包进行拆分的步骤包括：判断所述多个地址相对于当前的外围路由器的路由方向是否一致，将所述路由包内不同路由方向的地址进行拆分，相同路由方向的地址则继续捆绑。

根据本发明提出的路由方法，其中，所述路由方向指的是依照顺时针方向传输还是依照逆时针方向传输，判断依据为所述路由包的待传输地址与当前外围路由器的距离。

本发明同时提供一种包括上述路由网络的面向多地址共享数据路由包的路由芯片。

本发明同时提供一种根据上述路由方法所制成的面向多地址共享数据路由包的路由芯片。

与现有技术相比，本发明包括以下有益效果：

本发明利用环形结构片上网络和多地址共享路由包的特性，环形片上网络与通常使用的Mesh片上网络相比，该片上网络主要传输通路为单个环形结构，使路由包里多个地址的路由路径更好重叠，避免路由包在传输前期过早拆分，使片上网络路由包个数更少。同时，环形片上网络中心Router可以降低远距离传输路由包的传输跳数，提高片上网络传输效率。

附图说明

图1为现有技术中的Mesh结构片上网络示意图；

图2为本发明的环形片上网络结构示意图；

图3为本发明的一种路由包短距离传输实例；

图4为本发明的一种路由包短距离和长距离复合传输实例；

图5为本发明的一种众多连接中心Router的通道堵塞下路由包短距离和长距离复合传输实例。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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付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。

本发明采用一种面向多地址共享数据路由包的环形片上网络结构，该片上网络结构包括：

外围环形连接结构：该结构有多个Router两两相连，构建成一个环形通路，通路支持传输多地址共享数据路由包。每个Router都连接一个处理单元，Router可以向处理单元发送和接收路由包。Router支持路由多地址共享数据路由包，根据路由情况对路由包拆分转发还是直接转发给下个Router或PE。

中心星形连接结构：在环形结构中间有个特殊Router，这个Router与环形结构上所有Router相连，构成一个星形结构。该Router起到对快速传输的作用，对环形通路中长路径传输的路由包，可以送往中心Router，降低路由包传输跳数。

基于上述片上网络结构，本发明提出一种面向多地址共享数据路由包的环形片上网络路由方法，该方法包括针对单个地址有效的路由包和针对多个地址有效的路由包两种情况，包括：

1.针对单个地址有效的路由包：

如果该地址与当前Router的地址相同时，则将该路由包转发给当前Router连接的处理单元；

根据该地址与当前Router的地址距离，决定该路由包是往左侧还是往右侧转发；

当该地址与当前Router的地址距离达到一个阈值时，则将该路由包转发给中心Router，然后中心Router将路由包直接转发给该地址对应的Router，使其快速到达目的地。但是，如果当前Router发送给中心Router的通道拥堵时，则还是按照②方式路由转发，减小中心Router处理压力。

2.针对多个地址有效的路由包：

当路由包内所有地址路由后方向一致时，则路由包不需拆分，直接转发给下一个Router或处理单元；

当路由包内存在地址路由不一致时，则根据路由情况，将路由包内不同路由方向的地址拆分，相同路由方向的地址继续捆绑。对拆分多组的地址，将路由包共享数据复制多份，分别跟这些组地址组合成新的路由包，最后将这些路由包分别转发。

其中，本发明中的多地址共享路由包的结构分为两部分，一部分是地址部分，该部分含有多个地址，另一部分是多个地址共享的数据。

以下结合附图对本发明进行进一步阐述。如图2所示，本发明提出的环形路由网络结构有17个Router，中心Router编号为0，外围Router编号为1到16。中心Router与外围所有Router相连，外围所有Router构成一个环形通路，并且外围每个Router都连接一个处理单元。对于该片上网络，假设路由包与目的地的距离大于或等于5时，则路由包会转发给中心Router，类似给该片上网络设置一个路由进入中心Router的阈值。

本发明提出一种面向多地址共享数据路由包的环形片上网络路由方法，本文通过3个实例介绍路由方法，第一个实例主要展示路由包短距离传输，具体如图3所示，Router1连接的PE发出带3地址的共享路由包，这三个地址的目的地分别对应为Router3、Router4、Router5连接的PE，该路由包具体路由流程如下：

步骤301：Router1接收路由包301，对该路由包路由，路由包三个地址与当前Router的距离都小于进入中心Router设置的阈值，并且这三个地址对于当前Router右边更近，所以该路由包不拆分直接向Router的右端口转发，并且路由包302在Router2处理方式一样；

步骤302：Router3对路由包303路由，其中有个地址与当前Router地址匹配，则拆分路由包，将拆分出的路由包304送往当前Router连接的PE,并将剩余的路由包305送往Router4；

步骤303：Router4对路由包305路由，其中有个地址与当前Router地址匹配，则继续拆分路由包，将拆分出的路由包306送往当前Router连接的PE，并将剩余的路由包307送往Router5；

步骤304：Router5接收路由包307，此时只剩下一个地址，并且与当前Router地址匹配，所以直接将路由包转发给当前Router连接的PE，则路由包传输结束。

第二个实例展示路由包短距离和长距离复合传输，具体如图4所示，Router1连接的PE发出带3地址的共享路由包，这三个地址的目的地分别对应为Router4、Router8、Router9连接的PE，并且Router0与Router1连接的通路出现堵塞，该路由包具体路由流程如下：

步骤401：Router1接收到路由包401，对路由包里每个地址路由，计算出存在两个地址与当前Router距离超过阈值5，则应该把这两个地址拆分一并发送给Router0，但是由于此时Router1连接Router0的通路出现堵塞，则不拆分，继续将路由包401转发给Router2；

步骤402：Router2对路由包402路由，计算出两个地址与当前Router距离超过阈值5，并且Router2与Router0之间通路不堵塞，则将路由包402拆分路由包403与路由包404，路由包403转发给Router3，而路由包404转给个中心Router0；

步骤403：路由包403依次路由经过Router3和Router4，最后送往Router4连接的PE；

步骤404：路由包404在Router0中路由，由于路由包含有两个不同地址，则需要将路由包拆分成路由包407和路由包408，Router0根据路由包407的地址传给Router9，并同时把路由包408传给Router8。最终路由包407被Router9传输给连接的PE,路由包408被Router8传输给连接的PE，则路由包传输结束。

第三个实例展示众多连接中心Router的通道堵塞下路由包短距离和长距离复合传输，具体如图5所示，Router1连接的PE发出带有3个地址的共享路由包，这3个地址分别为Router4、Router8、Router9连接的PE,并且Router1、Router2、Router3、Router4连接Router0的通路出现堵塞，该路由包具体路由流程如下：

步骤501：Router1接收路由包501，对该路由包路由，计算出有两个地址与目的地的距离超过阈值5，但是Router1与Router0连接通路堵塞，因此该路由包不拆分。根据地址路由就近原则，Router1将路由包传输给Router2；

步骤502：Router2、Router3都因与Router0连接通路堵塞，则都是不拆分路由包，将路由包往右端口发送。Router4接收到路由包504，其中一个地址与Router4匹配，但是还是因为与Router0相连通路堵塞，因此只将路由拆分为路由包505和路由包506，将路由包505发送给Router4连接的PE,同时将路由包506发送给Router5；

步骤503：Router5接收到路由包506，此时路由包里的两个地址与目的地的距离都小于阈值5，所以路由包不发送给Router0，而是之后依次转发给Router6、Router7、Router8；

步骤504：路由包509到达Router8，路由得到其中一地址与当前Router匹配，则拆分路由包，得到路由包510和路由包511，并将路由包510转发给当前Router连接的PE,同时将路由包511转发给Router9。Router9接收到路由包511，路由计算地址与当前Router匹配，则直接将该路由包转发给当前Router连接的PE，则路由包传输结束。

同时，本发明还提出一种面向多地址共享数据路由包的环形片上网络芯片，该芯片上片上网络使用本发明提出的路由网络或路由方法。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种面向多地址共享数据路由包的路由网络，其特征在于，所述路由网络包括：

外围环形连接结构，包括两两依次连接的多个外围路由器，所述多个外围路由器构建成一环形通路；其中每个外围路由器均连接有一个用于通过其发送和接收路由包的处理单元；

中心星形连接结构，包括一中心路由器，所述中心路由器分别与所述每个外围路由器相连接，形成一星形结构；

其中，当任一个所述外围路由器在传输路由包时，根据所述路由包的待传输地址与当前外围路由器的距离判断是否需要将该路由包转发至所述中心路由器；若是，进一步判断当前外围路由器至所述中心路由器的通道是否拥堵；若否，则选择不转发至所述中心路由器，而进一步传递给下一个外围路由器。

2.根据权利要求1所述的路由网络，其特征在于，在判断是否需要将该路由包转发至所述中心路由器之前，还包括判断所述路由包是对单个地址有效还是对多个地址有效的步骤；若所述路由包对多个地址有效，则进一步判断所述多个地址相对于当前的外围路由器的路由方向是否一致，将所述路由包内不同路由方向的地址进行拆分，相同路由方向的地址则继续捆绑。

3.根据权利要求2所述的路由网络，其特征在于，所述路由方向指的是依照顺时针方向传输还是依照逆时针方向传输，判断依据为所述路由包的待传输地址与当前外围路由器的距离。

4.一种面向多地址共享数据路由包的路由方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：路由包传送至呈环形连接结构的多个外围路由器中的一个，所述路由包中的内容包括地址部分和数据部分；其中每个所述外围路由器连接有一个用于通过其发送和接收路由包的处理单元；

S2：判断所述路由包是对单个地址有效还是对多个地址有效；若所述路由包对单个地址有效，则进入步骤S3；若所述路由包对多个地址有效，则进一步判断是否需要将所述路由包进行拆分；

S3：根据所述路由包中的待传输地址与当前外围路由器的距离判断是否需要将该路由包转发至中心路由器；所述中心路由器分别与所述每个外围路由器相连接，形成一星形结构；若是，进一步判断当前外围路由器至所述中心路由器的通道是否拥堵；若否，则选择不转发至所述中心路由器，而进一步传递给下一个外围路由器。

5.根据权利要求4所述的路由方法，其特征在于，所述步骤S2中判断是否需要将所述路由包进行拆分的步骤包括：判断所述多个地址相对于当前的外围路由器的路由方向是否一致，将所述路由包内不同路由方向的地址进行拆分，相同路由方向的地址则继续捆绑。

6.根据权利要求5所述的路由方法，其特征在于，所述路由方向指的是依照顺时针方向传输还是依照逆时针方向传输，判断依据为所述路由包的待传输地址与当前外围路由器的距离。

7.一种包括权利要求1所述的路由网络的面向多地址共享数据路由包的路由芯片。

8.一种根据权利要求4的路由方法所制成的面向多地址共享数据路由包的路由芯片。