一種溫度均衡的三維片上網絡核映射方法與系統的製作方法
2023-10-08 05:30:34 1
一種溫度均衡的三維片上網絡核映射方法與系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種溫度均衡的三維片上網絡核映射方法與系統。該核映射方法以節點溫度方差為優化模型，採用遺傳算法實現IP核在三維片上網絡體系結構中的映射，不僅可降低晶片峰值溫度，去除晶片熱點，同時還可使得晶片各層溫度均衡分布。本發明通過整合已有片上網絡仿真工具Nirgam和溫度模型Hotspot，獲得詳細的晶片溫度分布信息，對映射結果進行評估，從而獲得更為準確及優化的IP核映射布局。本發明可以應用於任何規則結構的三維片上網絡系統。
【專利說明】—種溫度均衡的三維片上網絡核映射方法與系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於片上網絡系統設計領域，具體涉及一種溫度均衡的三維片上網絡核映射方法與系統。
【背景技術】
[0002]隨著集成電路工藝技術的不斷發展，單一晶片上可集成數十甚至上百個IP核模塊已成為事實。受制於傳統的總線結構，晶片設計將面臨通信延遲、存儲帶寬、功耗極限等性能提升的瓶頸問題。片上網絡(Network on Chip，NoC)採用基於數據包的傳輸方式，為模塊之間的互連提供高效、可靠、靈活的通信架構，成為解決系統晶片設計中全局互連與通信問題的有效方案。隨著IP核數目的不斷增多，傳統的二維結構由於布局條件的限制，難以保證關鍵部件相鄰以縮短關鍵路徑長度，從而無法從根本上解決縮短物理連線，減小信號延時的問題。隨著三維IC技術的興起，使得NoC從二維向三維擴展成為可能。三維NoC將IP核分布在不同的物理層，各層在垂直方向堆疊，層間通過高速且高密度的矽通孔相連。
[0003]在NoC設計中，確定每個IP核在NoC體系結構中的位置，即NoC映射，是一個重要的步驟，其結果會影響整個系統晶片的通信延時、功耗等性能。而在三維NoC中，有更多的節點和任務集成，該影響更為明顯，特別是對溫度分布的影響。目前，許多研究者提出了各種面向二維NoC系統尋找優化映射結果的算法。借鑑二維NoC映射算法研究思路，近年亦有研究者開始關注三維NoC映射問題，但是優化目標仍然集中在通信延時、功耗這些性能指標，或者以最小化系統功耗來表徵最小化系統峰值溫度，還沒有針對三維NoC系統中各層溫度均衡優化的映射方法。
【發明內容】
[0004]本發明的首要目的在於提供一種能夠降低晶片峰值溫度，去除晶片熱點，實現三維NoC系統各層溫度均衡優化的核映射方法，具體技術方案如下:
[0005]一種溫度均衡的三維片上網絡核映射方法，其特徵在於該方法包括如下步驟:
[0006]I)輸入片上網絡系統中各IP核的通信關係圖以及片上網絡體系結構圖，以節點溫度方差為優化模型，採用基於遺傳算法的映射方法，獲得IP核在三維片上網絡系統中的一種優化布局結果；
[0007]所述溫度方差模型為取片上網絡系統中前m個節點的溫度與所有節點平均溫度的差值平均數，適應度函數由下式表述:
【權利要求】
1.一種溫度均衡的三維片上網絡核映射方法，其特徵在於包括如下步驟: 1)輸入片上網絡系統中各IP核的通信關係圖以及片上網絡體系結構圖，以節點溫度方差為優化模型，採用基於遺傳算法的映射方法，獲得IP核在三維片上網絡系統中的一種優化布局結果； 所述溫度方差模型為取片上網絡系統中前m個節點的溫度與所有節點平均溫度的差值平均數，由下式表述:
2.如權利要求1所述的溫度均衡的三維片上網絡核映射方法，其特徵在於基於遺傳算法的映射方法主要包含如下四個步驟: (1)產生初始種群，初始種群由隨機生成的染色體集組成，每個染色體用整數編碼，其長度等於IP核的通信關係圖中的頂點的個數，即所要映射的IP核數目，染色體中的每個基因表示一個IP核在片上網絡體系結構中的位置布局，生成初始種群時，基因值對應於從片上網絡體系結構圖中隨機選取的頂點標號； (2)通過適應度函數評估種群中每個染色體的適應度； (3)應用選擇、交換、變異三個遺傳算子生成新一代種群； (4)重複步驟(1)~(3)，直到達到最大迭代次數或每代優化的溫度分布不再變化。
3.如權利2所述的溫度均衡的三維片上網絡核映射方法，其特徵在於，生成新一代種群的具體方法是: 根據適應度，從原種群中選擇兩個父個體；用改進的順序交換法，以一定交叉概率把父個體交叉形成新的個體；再以一定的變異概率，採用對換變異法，隨機選擇交叉生成新的個體中兩個交換點，使交換點處的碼值交換，生成新的子個體，從而形成新一代種群。
4.一種實現權利要求1所述溫度均衡的三維片上網絡核映射方法的系統，其特徵在於該系統包括以下模塊: (1)用於輸入與保存各IP核的通信關係圖以及片上網絡體系結構圖的模塊； (2)用於將IP核映射至三維片上網絡系統的模塊； (3)用於三維片上網絡性能仿真和溫度分析的模塊；(4)用於判斷映射布局結果是否滿足優化目標和設計約束條件的模塊；(5)用於根據映射布局判斷結果調整適應度函數的模塊；(6)輸出映射布局最終結果的 模塊。
【文檔編號】G06N3/12GK103984828SQ201410217562
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月22日 優先權日:2014年5月22日
【發明者】葛芬, 吳建明, 朱佔奎, 黎建華, 於爽, 奉桂 申請人:中國航空無線電電子研究所, 南京航空航天大學