一種集成網絡器件的多電壓片上網絡芯片的布圖規(guī)劃方法
【專利摘要】低功耗的片上網絡芯片技術越來越受到業(yè)界的重視，具有很好的發(fā)展前景。作為片上網絡芯片成為重要作為片上網絡芯片設計的關鍵環(huán)節(jié)，布圖規(guī)劃方法對于芯片的質量具有決定性的作用。本發(fā)明提出了一種基于多電壓技術的專用片上網絡芯片的布圖規(guī)劃方法，該方法集成了網絡器件的規(guī)劃，使得芯片的面積、線長以及設計開銷得到最優(yōu)化。其特征在于，依次含有以下步驟：依次包含以下步驟：根據輸入的模塊電壓值信息劃分電壓島；通過最小割劃分算法實現電壓島內模塊的劃分以及網絡器件的生成；將網絡器件作為虛擬模塊加入原有模塊一起進行布圖規(guī)劃中；通過兩階段的布圖規(guī)劃方法，輸出布圖結果。
【專利說明】—種集成網絡器件的多電壓片上網絡芯片的布圖規(guī)劃方法
【技術領域】
[0001]集成網絡器件的多電壓片上網絡芯片的布圖規(guī)劃方法屬于集成電路計算機輔助設計領域，尤其涉及多供電電壓分配以及布圖規(guī)劃等物理設計領域。
【背景技術】
[0002]隨著器件特征尺寸的不斷減小，芯片的集成度不斷增加，功耗密度越來越大。高功耗會不僅會引起電量的損耗，還會帶來嚴重的熱問題，甚至引發(fā)硬件錯誤。功耗優(yōu)化已經成為片上網絡芯片的一個關鍵問題。
[0003]多供電電壓技術是一種降低芯片功耗很好的方法，因為受到很大的關注。多供電電壓技術將芯片劃分為不同的電壓區(qū)域(即電壓島)，每個電壓島提供特定的供電電壓。通過將不重要的器件分配到多供電電壓的島內，可以實現模塊運行功耗的優(yōu)化。
[0004]圖1顯示了一個專用片上網絡芯片的示意圖。在圖中，每個模塊相當于計算機網絡中的計算機節(jié)點，而轉換器相當于計算機網絡中的路由器或交換機，用于實現通信路徑的路由、轉發(fā)等功能，網絡接口用于實現模塊與轉換器通信的協(xié)議轉換，電壓轉換器則用于實現不同電壓島之間通信時的電壓及頻率的轉換。一個模塊首先要連接到獨立的網絡接口才能實現通信，轉換器的多個接口可以連接到多個的網絡接口。每個模塊以及網絡器件的位置都需要放置在合適的位置，不得當的位置都會對通信功耗造成很大的影響，如圖2所示。而這些都是由布圖規(guī)劃和網絡器件規(guī)劃的結果決定的。因此，為了優(yōu)化芯片的性能，需要將網絡器件的規(guī)劃與布圖規(guī)劃結合起來。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明提出了一種集成網絡器件的多電壓片上網絡芯片的布圖規(guī)劃方法，流程圖如圖3所示，其特征在于，給定初始的模塊信息，互連信息以及給定的電壓值等，根據電壓值將所有模塊劃分至不同的電壓島，隨后在島內生成網絡器件并將網絡器件的規(guī)劃與布圖規(guī)劃一起處理，求解最優(yōu)的布圖結果；在計算機中依次按以下幾個步驟實現:
[0006]步驟⑴，讀入模塊信息，包括模塊總數n，模塊大小，模塊的供電電壓值，各模塊在供電電壓值下的功耗，以及模塊之間的通信量；
[0007]步驟(2)，根據輸入的模塊信息，劃分電壓島，步驟如下:
[0008]步驟(2.1)，根據各模塊的電壓值，將電壓值相同的模塊分配到同一個集合中；每個集合作為一個電壓島；
[0009]步驟(2.2)，根據步驟(I)中的模塊間的通信信息，為每個電壓島生成一張島內的通信圖，圖中的每個節(jié)點都對應一個模塊，節(jié)點編號與模塊編號相同，圖中的邊表示相鄰模塊之間有通信，邊上的權值代表通信量；
[0010]步驟(3)，對于每個電壓島，根據該電壓島的通信圖，配置相應的轉換器，步驟如下:
[0011]步驟(3.1)，假定第k個電壓島通信圖Gk中的節(jié)點數為nk，通過邊權均衡的最小割劃分算法將所有節(jié)點劃分為i個集合，劃分步驟如下:
[0012]步驟(3.1.1)，將Gk中節(jié)點編號、節(jié)點對應的權值，節(jié)點之間的邊以及邊權值輸入到最小割算法程序中，設定劃分集合的數量為i ;
[0013]步驟(3.1.2)，將邊權值作為劃分的代價輸入到最小割劃分算法的程序中，運行程序，得到i個集合，記錄每個集合中節(jié)點的編號以及模塊的編號；
[0014]注:邊權均衡的最小割算法屬已有成果，不屬于本發(fā)明申請的內容，在此不詳述。
[0015]步驟(3.2)，將劃分集合的數量i從2到nk變化，記錄下每個i下的劃分方案以及集合間的通信總量
[0016]步驟(3.3)，選擇通信總量最小的i，并將其對應的劃分方案作為電壓島k的最終劃分結果。
[0017]步驟(3.4)，根據步驟(3.3)的劃分結果，為每個劃分后的集合分配一個轉換器，集合中的模塊共享同一個轉換器；
[0018]步驟(4)，從步驟(3)得到模塊對應的轉換器，將轉換器看作是一種特殊的模塊，與原有模塊一起進行兩階段的布圖規(guī)劃，步驟如下:
[0019]步驟(4.1)，設定布圖規(guī)劃的目標代價函數，表示為:
[0020]Cost= α.Area+ β.VIArea+ Y.wirelength+ λ.ratio 公式(9)
[0021]Area表示布圖的面積；VIArea表示所有電壓島邊框面積總和；wirelength表示芯片互連的總線長，ratio表示布圖結果的長寬比；參數a，β，Y和λ用于權衡各個因素之間的權值，且a+ β + Y + λ =1。
[0022]步驟(4.2)，選取合適的布圖表示方法如CBL，基于模擬退火算法，進行兩階段的布圖規(guī)劃，步驟如下:
[0023]步驟(4.2.1)，布圖表示方法是指布圖規(guī)劃階段的數據結構，選定布圖表示方法后，將轉換器看為一種特殊的模塊，加入到布圖表示方法中的模塊列表中；
[0024]注:布圖表示方法有許多種，均為已有技術，用戶可以自己進行選擇，在此不詳述。
[0025]步驟(4.2.2)，在模擬退火過程中，將擾動部分分為混合擾動和特殊擾動兩個階段:
[0026]步驟(4.2.2.1)，進行混合擾動，即特殊模塊與原有模塊統(tǒng)一按照設定的溫度范圍進行擾動，需要滿足以下所有條件:退火溫度大于設定的閾值T_threth0ld，新方案拒絕率低于設定的閾值reject_ratio并且空白區(qū)面積比大于設定的閾值ds_ratio ;其中，T_threthold, reject_ratio 和 ds_ratio 都是用戶定義的閾值；
[0027]步驟(4.2.2.2)，一旦上述條件之一沒有滿足，則進行特殊擾動，即單獨對特殊模塊進行擾動；
[0028]步驟(4.2.3)，使用步驟(4.2.1)中的布圖表示方法，根據步驟(4.2.2)的擾動方法，運行模塊退火算法，得到布圖結果；
[0029]注:模擬退火算法是已有技術，不屬于本專利申請的內容，在此不詳述。
[0030]步驟(5)，在布圖規(guī)劃結束后，通過最小代價最大流算法實現網絡接口的分配，步驟如下:
[0031]步驟(5.1)，將步驟(4.2.3)得到的布圖結果中的所有空白區(qū)劃分為大小相同的網格，網格的尺寸與網絡接口的尺寸相同；[0032]步驟(5.2)，按照如下方法建立最小代價最大流模型:在網絡圖加入一個源節(jié)點s和一個匯聚節(jié)點t，η個網絡接口節(jié)點以及m個所有可達的空白區(qū)網格節(jié)點；邊有三種，分別是:源節(jié)點s到每個網絡接口節(jié)點的邊，容量設為1，邊權設為O ;每個網格節(jié)點gj與t的邊，容量設為1，邊權設為O ;每個網絡接口節(jié)點到可達網格gj的邊，容量設為1，邊權設為Wij,其中Wij表示網格gj到網絡接口的距離；如圖4所示，圖4 (a)為布圖結果，圖4(b)為對應的最小代價最大流模型；
[0033]步驟(5.3)，以s為源點，以t為匯點，求解步驟(5.2)所述的最小代價最大流模型，求得模塊對應的網絡接口最優(yōu)的網格位置。
[0034]注:最小代價最大流算法求不屬于本專利申請的內容，在此不詳述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1基于多電壓技術的片上網絡芯片示意圖；
[0036]
【權利要求】
1.一種集成網絡器件的多電壓片上網絡芯片的布圖規(guī)劃方法，其特征在于，給定初始的模塊信息，互連信息以及給定的電壓值，根據電壓值將所有模塊劃分至不同的電壓島，隨后在島內生成網絡器件并將網絡器件的規(guī)劃與布圖規(guī)劃一起處理，求解最優(yōu)的布圖結果，在計算機中依次按以下幾個步驟實現: 步驟(1)，讀入模塊信息，包括模塊總數n，模塊大小，模塊的供電電壓值，各模塊在供電電壓值下的功耗，以及模塊之間的通信量； 步驟(2)，根據輸入的模塊信息，劃分電壓島，步驟如下: 步驟(2.1)根據各模塊的電壓值，將電壓值相同的模塊分配到同一個集合中；每個集合作為一個電壓島； 步驟(2.2)，根據步驟(1)中的模塊間的通信信息，為每個電壓島生成一張島內的通信圖，圖中的每個節(jié)點都對應一個模塊，節(jié)點編號與模塊編號相同，圖中的邊表示相鄰模塊之間有通信，邊上的權值代表通信量； 步驟(3)，對于每個電壓島，根據該電壓島的通信圖，配置相應的轉換器，步驟如下:步驟(3.1)，假定第k個電壓島通信圖Gk中的節(jié)點數為nk，通過邊權均衡的最小割劃分算法將所有節(jié)點劃分為i個集合，劃分步驟如下: 步驟(3.1.1)，將Gk中節(jié)點編號、節(jié)點對應的權值，節(jié)點之間的邊以及邊權值輸入到最小割算法程序中，設定劃分集合的數量為i ; 步驟(3.1.2)，將邊權值作為劃分的代價輸入到最小割劃分算法的程序中，運行程序，得到i個集合，記錄每個 集合中節(jié)點的編號以及模塊的編號； 步驟(3.2)，將劃分集合的數量i從2到nk變化，記錄下每個i下的劃分方案以及集合間的通信總量 步驟(3.3)，選擇通信總量最小的i，并將其對應的劃分方案作為電壓島k的最終劃分結果。 步驟(3.4)，根據步驟(3.3)的劃分結果，為每個劃分后的集合分配一個轉換器，集合中的模塊共享同一個轉換器； 步驟(4)，從步驟(3)得到模塊對應的轉換器，將轉換器看作是一種特殊的模塊，與原有模塊一起進行兩階段的布圖規(guī)劃，步驟如下: 步驟(4.1)設定布圖規(guī)劃的目標代價函數，表示為:
Cost= α.Area+ β.VIArea+ Y.wirelength+λ.ratio 公式(9) Area表示布圖的面積；VIArea表示所有電壓島邊框面積總和；wirelength表示芯片互連的總線長，ratio表示布圖結果的長寬比；參數a，β，Y和λ用于權衡各個因素之間的權值，? a+ β + y + λ =10 步驟(4.2)，選取合適的布圖表示方法如CBL，基于模擬退火算法，進行兩階段的布圖規(guī)劃，步驟如下: 步驟(4.2.1)，布圖表示方法是指布圖規(guī)劃階段的數據結構，選定布圖表示方法后，將轉換器看為一種特殊的模塊，加入到布圖表示方法中的模塊列表中；步驟(4.2.2)，在模擬退火過程中，將擾動部分分為混合擾動和特殊擾動兩個階段:步驟(4.2.2.1)，進行混合擾動，即特殊模塊與原有模塊統(tǒng)一按照設定的溫度范圍進行擾動，需要滿足以下所有條件:退火溫度大于設定的閾值T_threth0ld，新方案拒絕率低于設定的閾值reject_ratio并且空白區(qū)面積比大于設定的閾值ds_ratio ;其中，T_threthold, reject_ratio 和 ds_ratio 都是用戶定義的閾值； 步驟(4.2.2.2)，一旦上述條件之一沒有滿足，則進行特殊擾動，即單獨對特殊模塊進行擾動； 步驟(4.2.3)，使用步驟(4.2.1)中的布圖表示方法，根據步驟(4.2.2)的擾動方法，運行模塊退火算法，得到布圖結果； 步驟(5)，在布圖規(guī)劃結束后，通過最小代價最大流算法實現網絡接口的分配，步驟如下: 步驟(5.1)，將步驟(4.2.3)得到的布圖結果中的所有空白區(qū)劃分為大小相同的網格，網格的尺寸與網絡接口的尺寸相同； 步驟(5.2)，按照如下方法建立最小代價最大流模型:在網絡圖加入一個源節(jié)點s和一個匯聚節(jié)點t，n個模塊節(jié)點以及m個所有可達的空白區(qū)網格節(jié)點；邊有三種，分別是:源節(jié)點s到每個模塊節(jié)點網絡接口的邊，容量設為1，邊權設為O ;每個網格節(jié)點gj與t的邊，容量設為1，邊權設為O ;每個模塊網絡接口到可達網格gj的邊，容量設為1，邊權設為Wij，其中Wij表示網格gj到網絡接口的距離； 步驟(5.3)，以s為源點，以t為匯點，求解步驟(5.2)所述的最小代價最大流模型，求得模塊對應的網絡 接口最優(yōu)的網格位置。
【文檔編號】G06F17/50GK103970934SQ201410123217
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權日:2014年3月28日
【發(fā)明者】董社勤, 王侃 申請人:清華大學