光電子多晶片組件中多處理單元的布局及劃分方法

2023-05-18 19:59:46

專利名稱：光電子多晶片組件中多處理單元的布局及劃分方法
技術領域：
本發明涉及一種光電子多晶片組件中多處理單元的布局及劃分方法，可用於採用自由空間光互連的光電子系統的CAD物理設計，屬於光電子集成技術中的計算機輔助設計方法領域。
光互連及其基於光互連的光電子多晶片組件(OEMCM)是兩項正在不斷發展的技術，它們的研究對以後發展高性能並行處理的計算機系統以及大容量的數字傳輸交換系統具有積極的意義。因為光互連技術在體積，功耗和速度幾方面都大大優於當前所採用的電互連，所以人們正努力將光學技術應用於大規模並行計算機或ATM核心交換機中，以期在體積，功耗和速度等條件約束下獲得理想的系統性能。基於不斷增長的高比特率和龐大交換結構的需求，在未來的寬帶交換網絡中，可能需要對成千上萬的高速率通信連接進行交換的大型交換系統。在過去的幾十年間，人們努力把大型的電路板或標準接口縮小到一個或幾個集成電路中，從而儘可能隱藏系統的複雜程度，這種趨勢隨著大規模集成電路的發展還在不斷強化。但隨之帶來的還有集成電路與系統的接口複雜化，電連接逐漸力不從心。緩解電互連瓶頸的最佳方法還是在電子系統中引入光互連，尤其是自由空間光學互連。在自由空間光學互連的情況下，互連密度僅受到光學器件成像能力的限制，這意味著互連密度可以達到每平方釐米數百萬個(即每10μm一個互連)。採用自由空間光互連技術的光電子多晶片組件是解決大量互連和系統小型化的有效方法，但是，為了更加有效地對OEMCM進行設計和封裝，在實際工作中迫切需要一種高效的計算機輔助設計系統來實現複雜的系統的劃分和PE單元布局。而運用集成電路技術、光學技術和光電子技術來構建多級互連網絡給我們在計算機輔助設計、製造和封裝領域提出了新的挑戰。布局問題向來是集成電路自動設計的重要環節之一，在OEMCM中，光學互連技術的採用使得原有的一些物理設計工具不再適用。因此，有必要為複雜的光電子系統發展一種新的CAD工具。已發表的文獻，如Paola Cinato,Kenneth C.Young,Jr,Opticalinterconnections within multichip modules(Optical Engineering,Vol.32,No.4,April 1993.)均著重於物理級的建模和性能仿真，無法處理大規模多級互連網絡的自動劃分和布局。目前還沒有一種有效的方法來實現光電子多晶片組件中多級互連網絡的有效劃分和多處理單元的自動布局。
本發明的目的在於針對現有技術的上述不足，提供一種新的光電子多晶片組件中多處理單元的布局及劃分方法，解決在採用自由空間光互連的光電子多晶片組件中多處理單元(PE)的大規模多級互連繫統(MIN)的劃分和自動布局問題，實現從用戶網絡表的輸入到布局結果的自動輸出。
為實現這樣的目的，本發明的技術方案中，採用新型的二維基因法完成多PE單元的布局問題，並通過採用一種新型的混合設計法解決了大規模的MIN系統的OEMCM劃分實現問題，從而實現從用戶網表輸入到布局完成輸出的自動過程。具體步驟如下1、用戶互連網表的輸入，並轉換為二維布局矩陣。
為了操作，本發明擯棄通常採用的一維線性二進位編碼，因為這種一維線性二進位編碼並不適合於OEMCM中MIN的PE單元的布局問題。OEMCM中的PE布局和劃分，問題本身就是一個二維問題，將二維問題轉化為一維表示，增加了問題求解的複雜性。因此本發明首先對用戶提供的互連網錶轉化為有利於後期處理的二維布局矩陣。
2、設定迭代次數。
通過設定迭代次數，構建停止條件，防止陷入死循環。
3、利用基因混合法處理二維布局矩陣。
通過採用基因混合法，解決大規模劃分問題線性化後得到的二次指派問題。
4、輸出處理結果，即PE單元的(近)最佳劃分。
由於基因混合法處理的是多級互連網絡中以級為單位的總體最短互連距離。不同的級，即物理實現的分立晶片。
5、根據步驟4的輸出構建初始化演化的二維種群。
對於工程和科學中的許多實際問題，找到一個最優解的唯一可靠的方法就是窮舉法，即搜索問題的整個解空間。然而在許多情況下，由於解空間太大，以致在限定的時間內只可能搜索其中極小的一部分，為了能有效地組織搜索，確定近似最優解，基於系統劃分後的結果構建易於最佳布局搜索的二維種群(或稱為二維解集合)。
6、採用二維基因演化法，對初始化種群進行交叉和變異操作。
通過對二維種群在相應的選擇策略約束下，進行種群內個體(即相應解)之間的交叉和變異操作，通過程序實現遺傳和變異概率的制動反饋控制，循環迭代。
7、評估全局互連長度，直至該值趨於穩定或到達預設的迭代數。
判斷停止條件，滿足則轉向步驟8。
8、對此時的二維種群中的最佳個體進行反變換，生成邏輯布局圖，輸出解。
本發明解決了採用自由空間光互連的光電子多晶片組件中多PE單元的大規模多級互連繫統的劃分和自動布局問題，為發展我國自主智慧財產權的光電子系統CAD物理設計提供技術上的支持。它們的研究對以後發展高性能並行處理的計算機系統以及大容量的數字傳輸交換系統具有積極的意義，本發明的工作可用於採用自由空間光互連的光電子系統的CAD物理設計。
權利要求
1.一種光電子多晶片組件中多處理單元的布局及劃分方法，其特徵在於採用二維基因法完成多處理單元的布局問題，採用混合設計法解決大規模多級互聯繫統的OEMCM劃分實現問題，實現從用戶網表輸入到布局完成輸出的自動過程，具體步驟如下1)用戶互連網表的輸入，並轉換為二維布局矩陣；2)設定迭代次數；3)利用基因混合法處理二維布局矩陣；4)輸出處理結果，即PE單元的(近)最佳劃分；5)構建初始化演化的二維種群；6)採用二維基因演化法，對初始化種群進行交叉和變異操作；7)評估全局互連長度，直至該值趨於穩定或到達預設的迭代數。8)對此時的二維種群中的最佳個體進行反變換，生成邏輯布局圖，輸出解。
全文摘要
一種光電子多晶片組件中多處理單元的布局及劃分方法,將用戶互連網表輸入轉換為二維布局矩陣並用基因混合法處理,採用二維基因演化法對初始化二維種群進行交叉和變異操作,再對二維種群中的最佳個體進行反變換,生成邏輯布局圖輸出,實現從用戶網表輸入到布局完成輸出的自動過程。本發明解決了採用自由空間光互連的光電子多晶片組件中多處理單元的大規模多級互連繫統的劃分和自動布局問題,可用於光電子系統的CAD物理設計。
文檔編號H01L25/00GK1318508SQ0111309
公開日2001年10月24日 申請日期2001年6月7日 優先權日2001年6月7日
發明者黃培中, 徐勇放 申請人:上海交通大學