本發(fā)明主要涉及到微處理器的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特指一種基于預(yù)測(cè)的三維片上網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)頻率調(diào)整方法。

背景技術(shù)：

為了滿足人們對(duì)微處理器日益增長的性能需求，微處理器的設(shè)計(jì)也經(jīng)歷了單核、多核到眾核的變化。隨著微處理器核心數(shù)量的增大，傳統(tǒng)的基于總線的互聯(lián)通信方式逐漸成為了系統(tǒng)性能的瓶頸，片上網(wǎng)絡(luò)(NoC)作為一種新型互聯(lián)通信方式被廣泛應(yīng)用。而三維片上網(wǎng)絡(luò)(3D NoC)是普通NoC的第三維擴(kuò)展，擁有更高的帶寬，是理想的眾核互聯(lián)通信方案。

但是，在同一個(gè)芯片上堆疊更多的處理單元增加了功率密度，同時(shí)也增長了散熱路徑，導(dǎo)致熱量積累的更快，超高的溫度可能會(huì)永久性的破壞電子元器件。為了解決這一問題，很多溫度管理方法被提出。

傳統(tǒng)的溫度管理方法大致可分為時(shí)間層面的溫度管理方法和空間層面的溫度管理方法。時(shí)間層面的溫度管理方法是通過減緩過熱節(jié)點(diǎn)的活動(dòng)來達(dá)到降溫目的，如門控技術(shù)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)溫度超過警戒值的時(shí)候，通常采用關(guān)停整個(gè)過熱節(jié)點(diǎn)，禁止其運(yùn)作來降低溫度，雖然這種方法能在較短的時(shí)間內(nèi)取得降溫的目的，但是嚴(yán)重的影響整個(gè)系統(tǒng)的性能?？臻g層面的溫度管理方法是通過轉(zhuǎn)移過熱節(jié)點(diǎn)的任務(wù)來達(dá)到降溫目的，如任務(wù)調(diào)度，進(jìn)程遷移等。將分配給過熱節(jié)點(diǎn)的任務(wù)遷移到正常節(jié)點(diǎn)去執(zhí)行，這樣過熱節(jié)點(diǎn)可以執(zhí)行較少或不執(zhí)行任務(wù)而降低溫度，雖然這種方法不會(huì)減緩過熱節(jié)點(diǎn)的活動(dòng)，但是需要更長的時(shí)間使過熱節(jié)點(diǎn)的溫度降低。

在上述時(shí)間層面的溫度管理方法中還有一種叫做動(dòng)態(tài)頻率調(diào)整，其大致過程為：

1、當(dāng)NoC系統(tǒng)中任意節(jié)點(diǎn)的溫度超過預(yù)定值T時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的工作頻率為零，處于不工作狀態(tài)，最大程度上降低系統(tǒng)溫度。

2、當(dāng)NoC系統(tǒng)中任意節(jié)點(diǎn)的溫度超過預(yù)定值T的80%時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的工作頻率為0.8*fmax，處于非全速運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)溫度上升變緩或是開始下降。

3、當(dāng)NoC系統(tǒng)中任意節(jié)點(diǎn)的溫度不超過預(yù)定值T的60%時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的工作頻率保持不變，處于全速運(yùn)行狀態(tài)狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)無需降溫。

但是，上述調(diào)整方法僅僅是針對(duì)二維平面的動(dòng)態(tài)頻率調(diào)整方法，而且是全局性的調(diào)整，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能影響很大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種原理簡(jiǎn)單、靈活高效、能夠保證系統(tǒng)整體性能的基于預(yù)測(cè)的三維片上網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)頻率調(diào)整方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于預(yù)測(cè)的三維片上網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)頻率調(diào)整方法，其步驟為：

S1：對(duì)三維片上網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)分區(qū)；將整個(gè)系統(tǒng)分成若干區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域稱為頻率調(diào)整區(qū)；

S2：對(duì)三維片上網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)；在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，采集每個(gè)分區(qū)的每個(gè)處理節(jié)點(diǎn)的輸入功率和實(shí)時(shí)溫度的數(shù)據(jù)信息，對(duì)下一時(shí)刻節(jié)點(diǎn)的溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算，并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果是否超過閾值溫度而產(chǎn)生溫度過高信號(hào)或者是復(fù)位信號(hào)；

S3：對(duì)三維片上網(wǎng)絡(luò)的頻率進(jìn)行調(diào)整；接收溫度預(yù)測(cè)信號(hào)之后，對(duì)不同分區(qū)進(jìn)行相應(yīng)的頻率調(diào)整措施。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟S1中，在一個(gè)區(qū)域內(nèi)部各個(gè)節(jié)點(diǎn)使用同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，屬于不同區(qū)域的節(jié)點(diǎn)使用不同的時(shí)鐘信號(hào)，不同的區(qū)域的時(shí)鐘信號(hào)采用相同或不同的時(shí)鐘頻率。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟S1中，分區(qū)的原則為采用等分區(qū)域劃分方式，或采用不等分區(qū)域劃分方式。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：各個(gè)區(qū)域之間的數(shù)據(jù)通信通過異步FIFO完成，所述異步FIFO為雙端口雙時(shí)鐘結(jié)構(gòu)的異步FIFO，每個(gè)端口在相應(yīng)的時(shí)鐘控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)貯存與傳輸，兩個(gè)時(shí)鐘分別與FIFO連接的兩個(gè)分區(qū)的時(shí)鐘頻率相同。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟S3中，根據(jù)預(yù)測(cè)信號(hào)以及來源區(qū)域進(jìn)行判斷，對(duì)溫度過高區(qū)域做出降頻處理，對(duì)溫度正常區(qū)域做出保持原頻率處理。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟S3包括以下幾種調(diào)整方式：

（a）當(dāng)僅僅接收到一個(gè)分區(qū)的調(diào)整信號(hào)時(shí)，僅僅降低這個(gè)收到調(diào)整信號(hào)分區(qū)的時(shí)鐘頻率，直至收到復(fù)位信號(hào)才將該分區(qū)的時(shí)鐘頻率恢復(fù)到初始值；

（b）當(dāng)接收到少數(shù)幾個(gè)分區(qū)的調(diào)整信號(hào)時(shí)，降低這些收到調(diào)整信號(hào)分區(qū)的時(shí)鐘頻率，直至收到復(fù)位信號(hào)才將相應(yīng)分區(qū)的時(shí)鐘頻率恢復(fù)到初始值；

（c）當(dāng)接收到全部分區(qū)的調(diào)整信號(hào)時(shí)，降低所有收到調(diào)整信號(hào)分區(qū)的時(shí)鐘頻率，進(jìn)行全局式頻率調(diào)整，直至收到復(fù)位信號(hào)才將相應(yīng)分區(qū)的時(shí)鐘頻率恢復(fù)到初始值。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟S2中，通過獲取節(jié)點(diǎn)的輸入功率以及當(dāng)前的實(shí)時(shí)溫度，計(jì)算出下一時(shí)刻系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的溫度；若節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)溫度超過一特定溫度T，就將該信息傳遞到頻率調(diào)整模塊，為后續(xù)的動(dòng)態(tài)頻率調(diào)整做準(zhǔn)備；若節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)溫度沒有超過該特定溫度，就傳遞復(fù)位信息給頻率調(diào)整模塊。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明的基于預(yù)測(cè)的三維片上網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)頻率調(diào)整方法，將整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分區(qū)，每一個(gè)分區(qū)可以認(rèn)為是簡(jiǎn)單小型系統(tǒng)，對(duì)每個(gè)分區(qū)分別進(jìn)行全局式動(dòng)態(tài)頻率調(diào)整，而整個(gè)系統(tǒng)實(shí)則進(jìn)行的是分布式動(dòng)態(tài)頻率調(diào)整，從而提高了頻率調(diào)整方法的靈活性，降低了因頻率調(diào)整帶來的系統(tǒng)系能的下降。這是因?yàn)槿质絼?dòng)態(tài)頻率調(diào)整對(duì)于簡(jiǎn)單小型系統(tǒng)而言是可以采用的，而對(duì)于3D NoC眾核系統(tǒng)卻不適用。在一種極限情況下，僅僅因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)溫度過高而采取全局式動(dòng)態(tài)頻率調(diào)整將會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)性能的嚴(yán)重下降。

2、本發(fā)明的基于預(yù)測(cè)的三維片上網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)頻率調(diào)整方法，頻率調(diào)整部分相比于現(xiàn)有的調(diào)整策略具有更好的時(shí)效性?，F(xiàn)有的頻率調(diào)整方法是被動(dòng)式的，需要等待節(jié)點(diǎn)溫度超過特定的溫度值后，才能進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。而本發(fā)明提出的頻率調(diào)整方法是主動(dòng)預(yù)測(cè)式的，頻率調(diào)整模塊接收來自溫度預(yù)測(cè)模塊的信息，在節(jié)點(diǎn)溫度過高之前提前采取頻率調(diào)整，無需被動(dòng)的等待。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的流程示意圖。

圖2是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中一種分區(qū)方法的原理示意圖。

圖3是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中分區(qū)后各區(qū)域之間通信的原理示意圖。

圖4是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中對(duì)三維片上網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)的流程示意圖。

圖5是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中對(duì)三維片上網(wǎng)絡(luò)的頻率進(jìn)行調(diào)整的流程示意圖。

圖6是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中動(dòng)態(tài)頻率調(diào)整的執(zhí)行過程示意圖。

圖7是本發(fā)明方法應(yīng)用于實(shí)施例時(shí)的原理示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明的基于預(yù)測(cè)的三維片上網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)頻率調(diào)整方法，步驟為：

S1：對(duì)三維片上網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)分區(qū)；

將整個(gè)系統(tǒng)分成若干區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域稱為頻率調(diào)整區(qū)，在區(qū)域內(nèi)部各個(gè)節(jié)點(diǎn)使用同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，而屬于不同區(qū)域的節(jié)點(diǎn)使用不同的時(shí)鐘信號(hào)，不同的區(qū)域的時(shí)鐘信號(hào)根據(jù)相應(yīng)的要求可以采用相同或不同的時(shí)鐘頻率。經(jīng)過分區(qū)后的系統(tǒng)就可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分布式的頻率調(diào)整或者是全局式的頻率調(diào)整，從而降低了因動(dòng)態(tài)頻率調(diào)整而帶來的性能開銷。

上述劃分的原則應(yīng)該遵循實(shí)際系統(tǒng)的工作方式，本實(shí)施例進(jìn)行的是等分區(qū)域劃分，但不局限于等分區(qū)域劃分。

S2：對(duì)三維片上網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)；

在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，溫度預(yù)測(cè)模塊采集每個(gè)分區(qū)的每個(gè)處理節(jié)點(diǎn)的輸入功率和實(shí)時(shí)溫度的數(shù)據(jù)信息，對(duì)下一時(shí)刻節(jié)點(diǎn)的溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算，并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果是否超過閾值溫度而產(chǎn)生溫度過高信號(hào)或者是復(fù)位信號(hào)，除了信號(hào)本身，還包含了信號(hào)的區(qū)域來源信息。

即：通過獲取節(jié)點(diǎn)的輸入功率以及當(dāng)前的實(shí)時(shí)溫度，根據(jù)相應(yīng)的溫度預(yù)測(cè)方法計(jì)算出下一時(shí)刻系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的溫度。若節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)溫度超過一特定溫度T，就將該信息傳遞到頻率調(diào)整模塊，為后續(xù)的動(dòng)態(tài)頻率調(diào)整做準(zhǔn)備，若節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)溫度沒有超過該特定溫度，就傳遞復(fù)位信息給頻率調(diào)整模塊。由于傳遞給頻率調(diào)整模塊的信號(hào)均為基于下一時(shí)刻的預(yù)測(cè)信息，所以該方法無需等待實(shí)際溫度超過界限值而提前采取了調(diào)整。

S3：對(duì)三維片上網(wǎng)絡(luò)的頻率進(jìn)行調(diào)整；

接收溫度預(yù)測(cè)信號(hào)之后（來自溫度預(yù)測(cè)模塊的信息），進(jìn)行相應(yīng)的頻率調(diào)整措施。即，頻率調(diào)整模塊根據(jù)前述信號(hào)以及來源區(qū)域進(jìn)行判斷，最終對(duì)溫度過高區(qū)域做出降頻處理，對(duì)溫度正常區(qū)域做出保持原頻率處理。整個(gè)系統(tǒng)在分布式的頻率調(diào)整后繼續(xù)運(yùn)行，并且沒有節(jié)點(diǎn)超過閾值溫度。

在具體應(yīng)用實(shí)例中，步驟S3可以包含以下幾種典型的調(diào)整方式，但并不局限于以下方式。

（a）當(dāng)頻率調(diào)整模塊僅僅接收到一個(gè)分區(qū)的調(diào)整信號(hào)時(shí)，該模塊僅僅降低這個(gè)收到調(diào)整信號(hào)分區(qū)的時(shí)鐘頻率，直至收到復(fù)位信號(hào)才將該分區(qū)的時(shí)鐘頻率恢復(fù)到初始值；

（b）當(dāng)頻率調(diào)整模塊接收到少數(shù)幾個(gè)分區(qū)的調(diào)整信號(hào)時(shí)，該模塊降低這些收到調(diào)整信號(hào)分區(qū)的時(shí)鐘頻率，直至收到復(fù)位信號(hào)才將相應(yīng)分區(qū)的時(shí)鐘頻率恢復(fù)到初始值；

（c）當(dāng)頻率調(diào)整模塊接收到全部分區(qū)的調(diào)整信號(hào)時(shí)，該模塊降低所有收到調(diào)整信號(hào)分區(qū)的時(shí)鐘頻率，進(jìn)行全局式頻率調(diào)整，直至收到復(fù)位信號(hào)才將相應(yīng)分區(qū)的時(shí)鐘頻率恢復(fù)到初始值。

如圖2所示，為在具體應(yīng)用實(shí)例中所述步驟S1中所采用的一種分區(qū)方法。該實(shí)施例系統(tǒng)為一個(gè)8*8*4的3D NoC系統(tǒng)，被等分成了4個(gè)區(qū)域，分別為區(qū)域1，區(qū)域2，區(qū)域3，區(qū)域4。這種等分分區(qū)僅僅是眾多分區(qū)方式之一，分區(qū)要依據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的工作方式。在每個(gè)區(qū)域內(nèi)部使用的是同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，域內(nèi)處理節(jié)點(diǎn)諸如發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸路徑的選擇，數(shù)據(jù)的接收等各項(xiàng)操作均同步于該時(shí)鐘信號(hào)，而區(qū)域間的時(shí)鐘信號(hào)相互獨(dú)立，在數(shù)值上可相等也可不相等。如圖3所示，由于區(qū)域之間使用的時(shí)鐘信號(hào)的頻率可能并不相同，為保證區(qū)域之間的數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定可靠，其間的通信依靠異步FIFO完成。該異步FIFO為雙端口雙時(shí)鐘結(jié)構(gòu)的異步FIFO，每個(gè)端口在相應(yīng)的時(shí)鐘控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)貯存與傳輸，兩個(gè)時(shí)鐘分別與FIFO連接的兩個(gè)分區(qū)的時(shí)鐘頻率相同。如圖7所示，為本發(fā)明方法應(yīng)用于該實(shí)施例時(shí)的原理示意圖。

如圖4所示，為在具體應(yīng)用實(shí)例中所述步驟S2的完整執(zhí)行流程。在3D NoC系統(tǒng)正常運(yùn)行的過程中，每個(gè)分區(qū)內(nèi)的每個(gè)處理節(jié)點(diǎn)都會(huì)有功率的輸入，并在運(yùn)行過程中產(chǎn)生熱量。溫度預(yù)測(cè)模塊采集節(jié)點(diǎn)的輸入功率以及相應(yīng)的實(shí)時(shí)溫度，利用采集到的信息來計(jì)算得出下一時(shí)刻節(jié)點(diǎn)的溫度值Tnext，然后判斷該溫度值是否超過閾值溫度T。如果超過閾值溫度，該模塊就產(chǎn)生溫度過高信號(hào)，如果沒有超過閾值溫度，該模塊就產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。這兩種信號(hào)作為溫度預(yù)測(cè)模塊的最終輸出，并傳輸?shù)筋l率調(diào)整模塊作為輸入。

如圖5所示，為在具體應(yīng)用實(shí)例中所述步驟S3的完整執(zhí)行流程。頻率調(diào)整模塊在接收溫度預(yù)測(cè)模塊產(chǎn)生的結(jié)果后，首先判斷這個(gè)信號(hào)是溫度過高信號(hào)還是復(fù)位信號(hào)，完成后確定該信號(hào)的來源區(qū)域。若為溫度過高信號(hào)，進(jìn)一步的確定該信號(hào)的來源區(qū)域，最后將相應(yīng)區(qū)域的時(shí)鐘頻率下調(diào)，若為復(fù)位信號(hào)，進(jìn)一步確定該信號(hào)的來源區(qū)域，最后將相應(yīng)區(qū)域的時(shí)鐘頻率恢復(fù)或者保持為初始頻率值。

如圖6所示，為本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中3D NoC系統(tǒng)動(dòng)態(tài)頻率調(diào)整執(zhí)行過程示意圖。在系統(tǒng)全速運(yùn)行過程中，溫度預(yù)測(cè)模塊監(jiān)測(cè)到區(qū)域1內(nèi)節(jié)點(diǎn)溫度下一時(shí)刻要超過閾值溫度，向頻率調(diào)整模塊發(fā)送區(qū)域1溫度過高信號(hào)，在頻率調(diào)整模塊收到這一信號(hào)后，立刻降低區(qū)域1的時(shí)鐘頻率，此時(shí)區(qū)域1內(nèi)所有處理節(jié)點(diǎn)工作在降頻狀態(tài)下。當(dāng)區(qū)域1內(nèi)部處理節(jié)點(diǎn)任務(wù)負(fù)載降低時(shí)，相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)溫度也會(huì)下降，溫度預(yù)測(cè)模塊檢測(cè)區(qū)域1內(nèi)節(jié)點(diǎn)溫度下一時(shí)刻在閾值溫度以下，則向頻率調(diào)整模塊發(fā)送區(qū)域1復(fù)位信號(hào)，頻率調(diào)整模塊根據(jù)此信號(hào)立刻恢復(fù)了區(qū)域1的時(shí)鐘頻率為原頻率，此時(shí)區(qū)域1工作在全速狀態(tài)下。圖中(a)、(b)、(c)表示不同的頻率調(diào)整等級(jí)和程度。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。