类电磁机制优化的片上网络低功耗映射算法

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基于2D Mesh结构的片上网络(NoC)追求高集成低功耗的目标,这使得实现低功耗的网络映射逐渐成为热点。目前存在的如基于遗传算法、蚁群算法设计的优化映射算法,大多采用启发式信息来获得近似最优解,然而存在算法操作复杂,易陷入局部最优,降低功耗幅度有限等缺点。所以,寻找更高效的算法,进一步降低网络功耗极为重要。类电磁机制算法(EM)具有寻优机理简单,收敛速度快,所需资源少,全局优化能力强等特点,但目前尚无将EM算法用于解决片上网络映射问题的研究。本文针对片上网络低功耗优化问题,对类电磁算法进行了改进,提出了一种基于改进类电磁算法的片上网络的低功耗映射算法(MEMMAP)。其中,设计了一种编码方式,将类电磁算法应用于求解离散问题,使之适应于解决NoC映射问题;同时,分别对EM算法中的种群初始化,局部搜索,合力计算和粒子移动策略改进优化,提高了算法的搜索精度和求解效率。对算法的改进方面主要有:在种群初始化阶段,使用轮盘赌选择机制,提高了初始化粒子的质量,从而提高了算法效率;设计调整序的方法进行局部搜索,提高了粒子在局部范围内的精细搜索能力;以目标函数为参数,设计电荷计算公式以求解合力,并在求合力时首先用阈值滤掉作用力甚微的粒子,从而提高了搜索最优解的效率;粒子移动时通过控制步长保持粒子优良性不被破坏,加快了求解速度。通过以上各步的改进,使MEMMAP算法能够快速准确地求出NoC的低功耗映射解。仿真实验表明:与现有的遗传算法、蚁群算法相比,平均功耗分别降低了20.35%,12.58%,并且改进的类电磁低功耗映射算法得到的功耗分布更加均匀。改进的类电磁算法很容易扩展到NoC其它性能指标如延时、QoS等的优化中,针对多目标的优化映射算法的研究仍将是后续工作的重点。
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