專(zhuān)利名稱(chēng)：仿生電腦的神經(jīng)結(jié)和脊索的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種仿生電腦的神經(jīng)結(jié)，本發(fā)明還涉及包含上述神 經(jīng)結(jié)的仿生電腦脊索，用于數(shù)碼信號(hào)在各種集成電路芯片間的傳 播，作為集成電路信號(hào)線，計(jì)算機(jī)總線，光電總線。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，數(shù)字處理器的時(shí)鐘速度不斷提高，現(xiàn) 已接近了物理極限，單個(gè)處理器再提速的空間已經(jīng)不多，要增強(qiáng)計(jì) 算機(jī)的效率，增加計(jì)算單元，是事在必行的重要途徑。
計(jì)算單元增加，跟接著的便是單元間的通信量的增加，而且是 對(duì)數(shù)式的，nx (n-l)倍的增加，通信總線的帶寬，成為最重要的 瓶頸之一。
另一方面，基于電磁波的傳播速度，500Mhz-1Ghz的總線時(shí)鐘頻 率，把直接偶合的處理器，限在300mm左右的空間內(nèi)，現(xiàn)在的平 面型線路板，最多只能放置十來(lái)個(gè)大型的處理器。提高直接偶合的 處理器數(shù)量，也是高性能計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種建立芯片間通信通道的仿生電腦神 經(jīng)結(jié)，并在三維空間上，將多個(gè)神經(jīng)結(jié)堆疊成為螺旋形的仿生電腦 脊索；把數(shù)以百計(jì)的芯片，連接成一組有強(qiáng)大的的訊號(hào)互連總線聯(lián) 結(jié)的網(wǎng)絡(luò)，可以高速地進(jìn)行多個(gè)處理單元并行運(yùn)算。
上述發(fā)明目的可通過(guò)以下的技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn) 一種仿生電腦的神 經(jīng)結(jié)，其特征是在一片n邊形的基片上，建立n組軸向?qū)ΨQ(chēng)的通信通 道，并在每個(gè)通信通道中設(shè)有信號(hào)發(fā)射器和信號(hào)接收器，用于把信號(hào) 發(fā)射到通道上，或者接收經(jīng)過(guò)通道的信號(hào)。
本發(fā)明所述通信通道中設(shè)置的信號(hào)發(fā)射器和接收器都可采用三 態(tài)差分推動(dòng)器、漫射和鐳射光電偶合電路的信號(hào)線或者多有源層垂直 腔面激光器。
一種包含權(quán)利要求1所述神經(jīng)結(jié)的仿生電腦脊索，其特征是所述 神經(jīng)結(jié)與至少一片呈扇形的用戶(hù)線路板連接起來(lái)；用戶(hù)線路板上設(shè)置 具有用戶(hù)所需功能的集成電路芯片或芯片組。
所述呈扇形的用戶(hù)線路板在神經(jīng)結(jié)周?chē)ハ喽询B，每堆疊一片線 路板，上升一片線路板的厚度，同時(shí)沿同一轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)相同的角度， 依次重復(fù)堆疊，構(gòu)成一個(gè)呈螺旋梯形的堆疊結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明還設(shè)有用于管理通信通道的仲裁機(jī)制。
所述神經(jīng)結(jié)中的通信通道分為專(zhuān)用的通信線和動(dòng)態(tài)通信線，其中動(dòng) 態(tài)通信線通過(guò)多路開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)地讓多片線路板分享使用。
所述動(dòng)態(tài)通信線分成組和組類(lèi)，構(gòu)建相關(guān)聯(lián)的組，相關(guān)聯(lián)的組只須 接受同一個(gè)結(jié)構(gòu)命令，即可控制組內(nèi)的全部多路開(kāi)關(guān)。 本發(fā)明帶來(lái)的顯著效果如下
1. 可以在神經(jīng)結(jié)中放置大量的通信線，提高芯片間通信的總帶寬。
2. 可以把平面的線路板接線模式，轉(zhuǎn)變成三維的立體結(jié)構(gòu)模式。
3. 可以把大量的芯片堆疊起來(lái)，不受用戶(hù)線路板厚度的限制。
4. 可以靈活使用通信線，提高使用效率
5. 使到整組芯片的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以靈活組合，成為一個(gè)可重構(gòu)的數(shù) 據(jù)處理系統(tǒng)系統(tǒng)。


圖1為多邊形的神經(jīng)結(jié)原理結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為三態(tài)差分推動(dòng)器原理示意圖3為扇形的用戶(hù)線路板和神經(jīng)結(jié)連接的原理結(jié)構(gòu)示意圖4為堆疊線路板和神經(jīng)結(jié)連接構(gòu)成神經(jīng)脊的原理結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為神經(jīng)脊和通訊中心的原理結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為神經(jīng)結(jié)的多路開(kāi)關(guān)的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示為神經(jīng)結(jié)原理結(jié)構(gòu)示意圖，帶有通信通道的基片稱(chēng) 為神經(jīng)結(jié)。在一片正多邊形的基片100上，設(shè)多邊形邊數(shù)為n，多 邊形的頂點(diǎn)間對(duì)中心的夾角為6 ,建立n組軸向?qū)ΨQ(chēng)的通信通道 101，使信號(hào)可以經(jīng)由基片的底110和面111間傳送。基片上，設(shè) 有信號(hào)發(fā)射器和信號(hào)接收器103?？梢园研盘?hào)發(fā)射到通道上，或者 接收經(jīng)過(guò)通道的信號(hào)。
上述信號(hào)通道，可以用一對(duì)導(dǎo)體差分信號(hào)線104， 105來(lái)實(shí)現(xiàn)。 如圖2，信號(hào)可由普通集成電路的三態(tài)差分推動(dòng)器產(chǎn)生和接收，離線 時(shí)可以進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)，減少信號(hào)的損耗。為了減少噪音，必要時(shí)， 可以讓信號(hào)線在芯片內(nèi)交叉，但會(huì)增加工藝上的困難。
漫射和鐳射光電偶合電路的信號(hào)線，見(jiàn)中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào) 1684254A;多有源層垂直腔面激光器，見(jiàn)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào) 1684254A，都是實(shí)現(xiàn)上述信號(hào)通道的其中 一 種方案。
單條電信號(hào)線，信號(hào)單獨(dú)對(duì)地線電平擺動(dòng)，雖然通常也用來(lái)傳 送信號(hào)，表面看來(lái)可以省下一半的信號(hào)線數(shù)目，但在大量信道的神 經(jīng)結(jié)，接地問(wèn)題帶來(lái)的噪音，容易影響傳送。
如圖3所示為扇形的用戶(hù)線路板示意圖，設(shè)多邊形邊數(shù)為n，多 邊形的頂點(diǎn)間對(duì)中心的夾角為0 ，在多邊形的神經(jīng)結(jié)100上，向著夾 角e方向伸延出去，直到能放置用戶(hù)全部芯片組空間的半徑R，構(gòu)成 一個(gè)扇形的用戶(hù)線路板200。用戶(hù)線路板上，可以安放任何需用的集 成電路芯片或芯片組。如處理器，RAM， ROM， FPGA， CPLD， 10，等。 神經(jīng)結(jié)與用戶(hù)線路板之間的具體連接可以利用芯片上集成系統(tǒng)(SOC)
技術(shù)或用多芯片模塊的元件組裝技術(shù)，焊接成模組。
如果基片的厚度為d ，則用戶(hù)線路板是上可排放的零件的厚度
將小于n x d 。
如圖4和圖5為多片線路板的堆疊時(shí)的示意圖，將M片上述的線 路板200 ( 1 ) . . 200(M)堆疊起來(lái)，并將相鄰的線路板200(m+l)與 200 (m) 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)相同角度e ，依次重復(fù)，構(gòu)成一個(gè)呈螺旋 梯形的結(jié)構(gòu)，由于多邊形內(nèi)的信號(hào)通道是軸向?qū)ΨQ(chēng)的，所有通道都會(huì)
維持通暢，每增加一片線路板，只是轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)等于多邊形的夾角e 。
因?yàn)槊科€路板上，排放的零件的厚度不會(huì)超過(guò)n x d，而當(dāng)線 路板旋轉(zhuǎn)一圈后，回到原來(lái)的角度時(shí)，如圖7，已經(jīng)上升了nxd的 高度，故不會(huì)與前n片板重疊。
基片也可以向夾角0之外，延伸一小段距離a，只要前n片線 路板在距離a內(nèi)高度不超(n-l)x d。這樣伸延，可以使相鄰的線路 板，在基片中央多邊形的神經(jīng)結(jié)外，也有相疊的區(qū)域，建立額外的 信號(hào)連接通道。
上述堆疊起來(lái)的神經(jīng)結(jié)，稱(chēng)為脊索300。
如圖5，在脊索內(nèi)，有數(shù)以百計(jì)的線路板200 (1..m)，每片線路 板上，又有數(shù)以百計(jì)的電路接口和數(shù)以千計(jì)的通信通道 103, 104， 105…。要管理這些線路的互聯(lián)，必須要設(shè)計(jì)某種管理和 仲裁機(jī)制。
在脊索的底部，第一片用戶(hù)線路板，下面已沒(méi)有其他零件，在 任意角度都可以向下排放更多的零件，為了管理脊索內(nèi)的通信通 道，利用這里的空間，安排仲裁機(jī)制，管理通信通道，稱(chēng)為通訊中 心400。
通信通道分為兩大類(lèi)，見(jiàn)圖6，專(zhuān)用的通信線801，直接連接兩 片線路板，通信速度最高，但也最耗費(fèi)資源。
另一類(lèi)動(dòng)態(tài)通信線811可以通過(guò)多路開(kāi)關(guān)802， 803， 804， 805，
動(dòng)態(tài)地讓多片線路板分享使用。以提高通信線的使用效率。也使整 個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以按需要重構(gòu)。各神經(jīng)結(jié)多路開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，集中在通訊中
心400里裁決，送到每一神經(jīng)結(jié)內(nèi)執(zhí)行，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)命令。
通訊中心通過(guò)專(zhuān)用的通信線，向神經(jīng)結(jié)發(fā)出結(jié)構(gòu)命令，控制多 路開(kāi)關(guān)，從而改變網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)。
如圖6，用戶(hù)線路板傳送的信號(hào)，除了專(zhuān)用的信號(hào)線801夕卜，都 經(jīng)過(guò)多路開(kāi)關(guān)，與神經(jīng)結(jié)內(nèi)的通信通道連接。為了減少多路開(kāi)關(guān)的 互聯(lián)數(shù)量，線路板的信號(hào)線會(huì)分成多個(gè)獨(dú)立的組和類(lèi)別，例如，串 行信號(hào)組類(lèi)802，控制信號(hào)組類(lèi)803，并行地址組類(lèi)804，并行數(shù)據(jù) 組類(lèi)805…等。
每一組i上，只有X:條信號(hào)線，能與基片上的Y，個(gè)信號(hào)通道中 任意一個(gè)連接，并需要一組Xi+Yi的多路開(kāi)關(guān)。 則有
神經(jīng)結(jié)內(nèi)通道總數(shù)二專(zhuān)用的信道數(shù)+ 2Y, 線路板內(nèi)信號(hào)線總數(shù)=專(zhuān)用的信號(hào)線+ SXi
如果線路板上的組i和組j ，有X, 二 Xj和Yi = Yj ,同時(shí)，組與 組的多路開(kāi)關(guān)，永遠(yuǎn)保持相同的狀態(tài)。也就是說(shuō)，如果i組內(nèi)的第P 條線，連接i組內(nèi)第q個(gè)通道時(shí)，j組內(nèi)的第P條線，也連接j組 內(nèi)第q個(gè)通道。則稱(chēng)i組和j組，是相關(guān)聯(lián)的組。圖6內(nèi)，專(zhuān)用的 信號(hào)線810包括了控制信號(hào)組類(lèi)803，并行地址組類(lèi)804，并行數(shù)據(jù) 組類(lèi)805三類(lèi)相關(guān)聯(lián)的組，而每類(lèi)內(nèi)的數(shù)據(jù)線組，地址線組和控制線 組也是相關(guān)聯(lián)的。
本發(fā)明在加電啟動(dòng)時(shí)，通訊中心通過(guò)自檢，收集各神經(jīng)結(jié)的地 址，通信組別，通道，通信線編號(hào)，芯片功能等資料，保存在資源 數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。
通訊中心發(fā)出的結(jié)構(gòu)命令，包括執(zhí)行命令的神經(jīng)結(jié)地址，通信 組別，通道和通信線編號(hào)，收發(fā)狀態(tài)，等。神經(jīng)結(jié)內(nèi)相關(guān)聯(lián)的組別， 只須接受同一個(gè)結(jié)構(gòu)命令。經(jīng)常用到的結(jié)構(gòu)命令組合，也可以?xún)?chǔ)存在神經(jīng)結(jié)的記憶體內(nèi)， 用標(biāo)簽區(qū)分，可以一次過(guò)提取，節(jié)省時(shí)間。
線路板中有一類(lèi)，保持最少一條信號(hào)線，隨時(shí)可以向通訊中心 發(fā)出請(qǐng)求，要求與其他線路板通信，稱(chēng)為主動(dòng)線路板。通訊中心通 過(guò)輪詢(xún)，或者硬件檢測(cè)，收到請(qǐng)求后，按照當(dāng)前資源分配狀況，建 立連接。
通訊中心用結(jié)構(gòu)命令確立了一對(duì)或一群神經(jīng)結(jié)的連接，類(lèi)似動(dòng) 態(tài)數(shù)據(jù)總線，并安排某一神經(jīng)結(jié)作為群控制器，群控制器可接管群 內(nèi)的讀寫(xiě)方向，或把群內(nèi)對(duì)某神經(jīng)結(jié)的連接交還通訊中心，但不能
增加連接。通訊中心之后便退出群內(nèi)管理，直到群控制器完成通信， 交還全群的控制權(quán)給通訊中心。
權(quán)利要求
1.一種仿生電腦的神經(jīng)結(jié)，其特征是在一片n邊形的基片上，建立n組軸向?qū)ΨQ(chēng)的通信通道，并在每個(gè)通信通道中設(shè)有信號(hào)發(fā)射器和信號(hào)接收器，用于把信號(hào)發(fā)射到通道上，或者接收經(jīng)過(guò)通道的信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述仿生電腦的神經(jīng)結(jié)，其特征是所述通信通道 中設(shè)置的信號(hào)發(fā)射器采用三態(tài)差分推動(dòng)器、漫射和鐳射光電偶合電路 的信號(hào)線或者多有源層垂直腔面激光器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述仿生電腦的神經(jīng)結(jié)，其特征是所述通信通道 中設(shè)置的信號(hào)接收器采用三態(tài)差分推動(dòng)器、漫射和鐳射光電偶合電路 的信號(hào)線或者多有源層垂直腔面激光器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生電腦的神經(jīng)結(jié)，其特征是所述神經(jīng)結(jié) 中的通信通道分為專(zhuān)用的通信線和動(dòng)態(tài)通信線，其中動(dòng)態(tài)通信線通過(guò) 多路開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)地讓多片線路板分享使用。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的仿生電腦的神經(jīng)結(jié)，其特征是所述動(dòng)態(tài)通 信線分成組和組類(lèi)，構(gòu)建相關(guān)聯(lián)的組，相關(guān)聯(lián)的組只須接受同一個(gè)結(jié) 構(gòu)命令，即可控制組內(nèi)的全部多路開(kāi)關(guān)。
6. —種包含權(quán)利要求1所述神經(jīng)結(jié)的仿生電腦脊索，其特征是所述 神經(jīng)結(jié)與至少一片呈扇形的用戶(hù)線路板連接起來(lái)；用戶(hù)線路板上設(shè)置 具有用戶(hù)所需功能的集成電路芯片或芯片組。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的仿生電腦脊索，其特征是所述呈扇形的用 戶(hù)線路板在神經(jīng)結(jié)周?chē)ハ喽询B，每堆疊一片線路板，上升一片線路 板的厚度，同時(shí)沿同一轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)相同的角度，依次重復(fù)堆疊，構(gòu) 成一個(gè)呈螺旋梯形的堆疊結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的仿生電腦脊索，其特征是所述神經(jīng)結(jié) 中的通信通道分為專(zhuān)用的通信線和動(dòng)態(tài)通信線，其中動(dòng)態(tài)通信線通過(guò) 多路開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)地讓多片線路板分享使用。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的仿生電腦脊索，其特征是所述動(dòng)態(tài)通信線 分成組和組類(lèi)，構(gòu)建相關(guān)聯(lián)的組，相關(guān)聯(lián)的組只須接受同一個(gè)結(jié)構(gòu)命 令，即可控制組內(nèi)的全部多路開(kāi)關(guān)。
10. 權(quán)利要求6所述的仿生電腦脊索中用于管理通信通道的控制方 法，其特征是通過(guò)設(shè)立通訊中心安排仲裁機(jī)制管理通信通道，通訊 中心用結(jié)構(gòu)命令確立了一對(duì)或一群神經(jīng)結(jié)的連接，形成動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)總 線，并安排某一神經(jīng)結(jié)作為群控制器，群控制器可接管群內(nèi)的讀寫(xiě)方 向，或把群內(nèi)對(duì)某神經(jīng)結(jié)的連接交還通訊中心；通訊中心之后便退出 群內(nèi)管理，直到群控制器完成通信，交還全群的控制權(quán)給通訊中心。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種仿生電腦的神經(jīng)結(jié)，用于建立芯片間通信通道，并在三維空間上，將多個(gè)神經(jīng)結(jié)堆疊成為螺旋形的脊索。本發(fā)明可以把數(shù)以百計(jì)的芯片，連接成一組有強(qiáng)大的訊號(hào)互連總線聯(lián)結(jié)的網(wǎng)絡(luò)，可以高速地進(jìn)行多個(gè)處理單元并行運(yùn)算。
文檔編號(hào)G06N3/00GK101339627SQ20081003004
公開(kāi)日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2008年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月6日
發(fā)明者李奕權(quán) 申請(qǐng)人:李奕權(quán)