低能耗的板上多处理器架构的系统技术方案

一种低能耗的板上多处理器架构的系统，包括处理器部分、存储器部分。两部分集成在一个板上；处理器与处理器、处理器部分与存储器部分之间通过光纤总线进行通信。系统中的一个处理器可同时管理多个外部设备，每个处理器与一个或零个存储器相连，且一个处理器独立成为一个节点或和与之相连的存储器组成一个结点，结点与外部设备之间是一对多的连接关系。本实用新型专利技术中的处理器采用正多面体布局，能够实现各个处理器时钟同步。各个处理器明确分工，互不影响，各自独立完成特定单一的处理操作，与外部设备进行一对多的连接，能够实现分布式计算，且最大程度上实现处理器的合理调用和分配，降低能耗。系统通信质量好，能耗低，重量小，抗干扰能力强。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机架构领域的架构系统，更具体地说，涉及一种集成了分布式计 算技术、网络技术以及光通信技术的低能耗的板上多处理器架构的系统。
技术介绍
现在PC(Pers0nal Computer)市场上多流行的是多核处理器，单核处理器已是处 于淘汰阶段的产品。由于在单核上提高处理频率会导致集成困难，而且功耗变高，散热困 难，多核处理技术成了现在的主流。现在无论是超级计算机还是普通的PC机，都是属于多 核的处理器架构。普通的PC机多采用SMP (Symmetrical Multi-Processing)架构，即对称 的拥有共享内存子系统以及总线的多核架构。多核的出现也使得并行计算在一台计算机上 的实现成为了可能。在现有的计算机系统设计中，有两种体系结构冯诺依曼体系、哈佛体系。但是， 由于当时的技术发展水平所限，这两种体系结构都未能考虑到多核处理器、多处理器等的 应用，使得现有技术下的多核处理器和多处理器与这类体系结构的融合出现困难。而单核 处理器、多核处理器各自存在着以下的不足之处单核处理器遵循摩尔定律，随着时间的推 进，速度产生了瓶颈；多核处理器在制造工艺上比单核处理器精密，可是由于芯片的制造成 本随着制造工艺的提高而提高，使得多核处理器的发展遭遇瓶颈。当制造工艺精密到18纳 米时，就已经达到技术使用极限，制造成本也随之提高。以上所述现有技术下的计算机，很难同时实现高效与节能低耗的目的，而且工艺 复杂，容易受到工艺瓶颈的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够实现处理速度高且同时节能低耗的采用多处理 器架构的系统，本专利技术系统能够在一个主机上实现分布式计算，且耗能低、传输信号质量闻、通信量大。为了解决上述问题，本专利技术一种低能耗板上多处理器架构的系统，所述系统包括 处理器部分、存储器部分。其中，处理器部分和存储器部分集成在一个板上；处理器与处理 器、处理器部分与存储器部分之间通过光纤总线进行通信。所述处理器部分包括一个主处理器和多个分处理器；所述各个处理器在板上按照 欧几里得空间原理的正多面体的拓扑结构进行分布；所述多面体中心有光路由器R ；所述 各个分处理器时钟同步；所述处理器通过光纤总线分别与存储器和外部设备进行双向通 信；所述各个分处理器相互独立执行互不相同的特定的单一操作；所述所有分处理器由主 处理器统一控制分配任务。本专利技术系统中的一个分处理器可同时管理一类的一个或多个外部设备，每个处理 器与一个或零个存储器相连，且一个处理器和与之相连的存储器组成一个结点，结点与外 部设备之间是一对多的连接关系。本专利技术的优点在于，采用多个处理器架构的系统，处理器采用正多面体布局，能够 实现各个处理器时钟同步。各个处理器明确分工，互不影响，各自独立完成特定单一的处理 操作，与外部设备进行一对多的连接，能够实现分布式计算，且最大程度上实现处理器的合 理调用和分配，降低能耗。本专利技术的系统中采用光纤总线来进行通信，使得整个系统通信质 量好，能耗低，重量小，抗干扰能力强。附图说明图1是本专利技术的各部份架构框图示意图；图2是本专利技术系统中处理器与外部设备连接关系示意图；图3是本专利技术的处理器拓扑结构示意图。具体实施方式如图1所示，本专利技术的低能耗板上多处理器架构的系统，包括处理器部分、存储器 部分。处理器部分用P表示，存储器部分用RAM表示，外部设备用D表示。其中，处理器部 分和存储器部分集成在一个板上；处理器与处理器、处理器部分与存储器部分之间通过光 纤总线进行通信。所述处理器部分包括一个主处理器和多个分处理器，如图1所示，各个处理器 P(i) U = 1、2、...N}处于本专利技术系统内部，各个处理器在板上按照欧几里得空间原理的正 多面体的拓扑结构进行分布；如图3所示，处理器分布的多面体中心安装有光路由器R，各 个分处理器时钟同步。所述处理器通过光纤总线分别与存储器和外部设备进行双向通信； 所述各个分处理器相互独立执行互不相同的特定的单一操作；所述所有分处理器由主处理 器统一控制分配任务。如图2所示，本专利技术系统中的一个分处理器可同时管理多个外部设备，每个处理 器与一个或零个存储器相连，且一个处理器和与之相连的存储器组成一个结点，结点与外 部设备之间是一对多的连接关系。本专利技术中的多处理器的分布与设置能够在一台计算机上实现分布式计算。一般情 况下，分布式计算是基于多台计算机实现的，通过将任务划分成多个模块，并且让多台计算 机实现相应的计算并汇总，这是一种基于现有的网络技术所构建的系统。然而对于本专利技术 的多处理器应用分类后，可在一个计算机上将任务根据处理特性分配到专用的处理器上进 行处理，然后再集中，使得专用的处理器在需要时才运行，而通过一个主处理器分配及汇总 任务并控制其余处理器，这样就在一个主机上实现分布式计算。本专利技术的多处理器特性能够为无线传感器网络提供有效的低能耗的传感器管理。 目前，传感器网络处于蓬勃发展的态势之中，尤其是以无线传感器网络为延伸的“物联网” 发展。无线传感器网络能够获取客观物理信息，具有十分广阔的应用前景，能应用于军事国 防、工农业控制、城市管理、生物医疗、环境检测、抢险救灾、危险区域远程控制等领域，已经 引起了许多国家学术界和工业界的高度重视，被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术 之一。本专利技术的多处理器具有多核处理器的功能，且无多核处理器的发展瓶颈，更能满足需 求。本专利技术采用光纤布置总线结构，能够使本专利技术的系统比其他架构的系统速度更4快、传输量更大。光纤通信自从问世以来，给整个通信领域带来了一场革命，它使高速率、大 容量的通信成为可能。光纤通信由于具有损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗 电磁干扰、不易串音等优点而备受业内人士的青睐，发展非常迅速。就目前而言，Intel、惠 普等企业已经在研发和制造低成本的光电互转的产品。此类产品所依赖的技术为本实用新 型的实现奠定了基础。本专利技术采用板上多处理器架构的系统，结合分布式计算技术、光通信技术和网络 技术功能于一体，基于欧几里得空间原理设计实现多处理器的时钟同步，通过处理器的功 能化划分及工作模式的设置来达到高效处理与节能低耗的目的。传统的多核处理器(CMP)均为片上多核处理器，即在一个单芯片上面集成两个甚 至更多个处理器内核，没有将它们具体分类应用，致使处理器的效能没有得到充分发挥，无 论在PC机或是嵌入式设备上应用这种处理器架构，能耗都是不容忽视的问题。若是将处理 器按应用分类，则没有任务的处理器将可以处于最低功耗或是零功耗的状态，那么就能在 根本上解决处理器的功耗过大问题。同时，传统的计算机系统其总线以铜作为材质，发热量高、传输错误率高都是不可 避免的问题；然而，采用光纤作为传输介质，由于光纤传输本身所具有的优良特性，使得发 热量和传输错误率高的问题迎刃而解。而且，本系统设置专门的CPU对网络接口进行管理，为“物联网”以及下一代计算 机多接口网络提供技术保障。以图1-3为实施例说明本专利技术的系统结构。一、体系结构本系统的架构包括多个处理器和多个存储器，并使用光纤作为总线材质。(1)多个处理器在板上按照正多面体的拓扑结构进行分布。(2) 一个主处理器负责对所有处理器的工作模式进行控制。(3)每个处理器有零个或一个存储器进行连接。(4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低能耗的板上多处理器架构的系统，其特征在于，所述系统包括处理器部分、存储器部分，所述处理器部分和存储器部分集成在一个板上；所述处理器部分与存储器部分之间通过光纤总线进行通信；所述处理器部分包括一个主处理器和多个分处理器；所述各个处理器在板上按照欧几里得空间原理的正多面体的拓扑结构进行分布；所述多面体中心有光路由器Ｒ；所述各个分处理器时钟同步；所述各个处理器通过光纤总线分别与存储器和外部设备进行双向通信；所述各个分处理器相互独立执行互不相同的特定的单一操作；所述所有分处理器由主处理器统一控制分配任务。

【技术特征摘要】
一种低能耗的板上多处理器架构的系统，其特征在于，所述系统包括处理器部分、存储器部分，所述处理器部分和存储器部分集成在一个板上；所述处理器部分与存储器部分之间通过光纤总线进行通信；所述处理器部分包括一个主处理器和多个分处理器；所述各个处理器在板上按照欧几里得空间原理的正多面体的拓扑结构进行分布；所述多面体中心有光路由器R；所述各个分处理器时钟同步；所述各个处理器通过光纤总线分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智森，邵新江，王健，戴月，朱佳峰，陈礼彬，
申请(专利权)人：大连工业大学，
类型：实用新型
国别省市：91[中国|大连]