基于路由交换的异构计算系统算力扩展

01项目背景

片上网络将片上路由器按照一定的拓扑结构互连，从而构成一个片上微网络结构。不同功能的IP核通过网络接口NI接入到片上网络中来，网络接口对IP核发送的数据进行数据封装，形成固定格式的分组。片上路由器根据分组的目的地址信息，将数据分组在网络中正确的传输到目的IP核。片上网络可以为系统中任意一对IP核之间实现透明的数据通信。互连网络中的一些控制协议，例如流量控制机制、路由算法、任务调度机制、服务保障机制等，都可以应用到片上网络中来，以提高系统的通信效率。由于片上网络采用分组交换，IP核之间数据通信的基本数据单元是分组，不同的分组根据目的地址信息在网络中独立传输。片上网络技术能够有效的克服基于总线结构的片上系统在大规模集成下的瓶颈，在时延、吞吐、功耗、可扩展性和可靠性等方面体现出了巨大的优势。多核，多片架构将成为芯片设计的发展趋势。

处理器多芯片之间的通信已经成为制约系统性能的瓶颈，处理器之间进行数据交互的能力或将成为下一个集成电路发展的关键技术指标。针对不同应用场景和性能要求，根据各自的架构设计出更适合的高效而可靠的片间互连(NetworkonPackage，NoP)协议，将使得集群芯片的性能得到进一步优化。

02项目简介

研究基于路由交换的异构计算系统算力扩展总体架构，包含异构计算资源节点之间、片上交换路由与片上处理资源之间、片上处理资源与外部接口之间的互连结构与互连拓扑，如图3所示。

设计与物理层解耦的轻量级网络架构，使之可以在不同的物理连接方式之上灵活的构建多种拓扑的网络。针对机载计算任务的算力提升需求，研究异构计算节点的算力扩展问题，通过基于路由交换的、可扩展的互连构建异构计算系统，采用轻量化互连协议实现异构计算节点的低延时、高带宽互连，验证基于路由交换的异构计算系统对于特定应用的高速并行分布式处理效果。本系统的主体思想是将片上网络（NetworkonChip，NoC）互连协议扩展到片间互连（NetworkonPackage，NoP），实现芯片内部计算资源到集群芯片的延伸。