片上网络拓扑结构
第27卷第ll期2007年11月
文章编号:100l一908l(2007)1l一2847一04
计算机应用
V01.27No.11
N0v.2007
C伽puter
ApplicaⅡons
片上网络拓扑结构
常政威1,谢晓娜2,熊光泽1
(1.电子科技大学计算机科学与工程学院,四川成都610054;2.郑州大学体育学院,河南郑州450044)
(chⅫgzw@u咖.edu)
摘要:介绍了片上网络(Noc)拓扑结构的相关研究进展。对Noc拓扑结构进行了分类,详细分析了各种网络拓扑的相关特性。从拓扑结构的角度出发,介绍了几种典型的Noc实例。归纳了相关的设计方法。最后,探讨了Noc拓扑结构的发展方向。
关键词:片上网络;拓扑结构;知识产权核;交换机
文献标识码:A
中图分类号:哪02
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计算机互连网络”1的结构。N0c拓扑包括规则拓扑与非规则拓扑(定制拓扑)两大类,如图1所示。
Noc拓扑
O引言
随着半导体与集成电路技术的发展,片上系统(sy毗em一∞-chjp,soc)的集成度越来越高,单个芯片上可以集成数百
个诸如微处理器、存储器、I/0接口的知识产权核(IIIteu耐tlal
Phperlycom8,口核)。另一方面,嵌人式电子产品的功能越
卜一规则拓扑I卜直接网络
IlII
卜_网络
I卜_一多维环绕}卜一超立方|
卜-蝶网
L_非规则(定制)拓扑
卜_一专用网络
卜_一基于规则拓扑卜_一分层嘲培图1
来越复杂,单处理器soc已无法满足嵌入式系统日益增长的功能和性能需求,多处理器soc(Muhipro∞Bsorsoc,MPsoc)的出现成为必然。MPsoc对片上通信提出了更高的要求,而传统的共享介质总线存在以下三大问题…:由于地址空间有限而引起的扩展性问题,由于分时通信而引起的通信效率问题,由于全局同步而引起的功耗和面积问题。
L其他拓扑:线性阵列等L其他拓扑:B嘣阿等
L-问接网络
l卜_一树
通信成为MPsoc突出的性能瓶颈,片上网络(№twork-
曲一cllip,N0c)”‘”就是为解决纳米时代MPsoc的全局通信而提出的。Noc借鉴并行计算和计算机网络的设计思想,在单个硅片上构建一个采用分组交换的微网络,IP核之间通过
1.1规则拓扑
L网络一总线混合拓扑
N0c拓扑结构分类
A8yllch删。啦
I肿als”ch咖哪,GAL5)机制,实现MPsoc中大量处理单元、
交换机互连,并使用全局异步局部同步(clobd存储单元等计算模块问的高效通信。
N0c的拓扑结构定义了网络内节点与链路的布局和互连方式,它对于网络的时延、吞吐率.面积、容错、功耗等性能有至关重要的影响,进一步还影响了网络中的路由策略、映射算法等”】,研究Ⅳoc拓扑结构具有重要的意义。l
规则拓扑主要来自于并行计算机互连网络,可分为两大类:直接网络,网络内任一交换机节点,都与IP核直接相连。间接网络,网络内—部分交换机节点只与其他交换机节点相连。
在介绍具体的拓扑结构之前,首先对以下几个概念作简单的定义。
节点度一个节点与相邻节点连接通道的数目。
直径网络中任意两个节点之间的最短路径的长度最大值。从通信的观点来说,为了减少时延,网络直径应该尽可能小。
网络规模网络中节点的数目。
Noc拓扑结构的分类
N0c的拓扑结构,在很大程度上借鉴了宏观网络,即并行收稿日期:2∞7一05一15;修画日期:2007一07—09。
作者简介:常政威(198l一),男,河南安阳人。博士研究生.主要研究方向:嵌人式实时系统、基于N0c的MPsoc设计;谢晓娜(1卵8一),女.河南平顶山人.硕士研究生,助教,主要研究方向:网络化制造;熊光泽(1938一).男,四川丹棱人,教授,博士生导师,主要研究方向:嵌人式实时计算、普适计算。
万方数据
2848
计算机应用
a)07卑
可扩展性指网络模块化可扩展的能力,扩展必须随着所期望的性能按比例地提高。
1.1.1直接网络
流行的直接网络包括有二维网格(2一DMesh),二维环绕
(2.D1b删)和超立方,而^元n.立方体”1则是这三种网络的
通用形式。其他的直接网络还包括一维线性阵列、环网、全连接、星形网等。
1)二维网格
在一个/Ⅳ×/鬲的二维网格中,陈边界节点外,每个节点
与其上、下、左、右的近邻相连,故节点度为4,网络直径为
2(佃一1)。由于二维网格具有结构简单、可扩展性好、便于
实现和分析等优点,因而在Noc领域得到了广泛的应用,如
N∞tmm…,AEth嘴al【”,sOcIN【”,socBus【9】,He皿髑‘101等。
图2(a)给出了一个4×4的二维网格。
2)二维环绕
在二维网格中,如果边界节点与其水平或垂直方向的对称节点连接,则构成了二维环绕,如图2(b)所示。二维环绕
的节点度仍为4,但直径为L/MJ。Dally在文献[11]中提
出了一个采用二维环绕拓扑的Noc例子。
3)超立方
一个肛立方由Ⅳ=2“个节点组成。图2(c)中给出了一
个3.立方拓扑,4-立方则由两个3-立方的对应顶点连接而成。
m立方的节点度为n.网络直径也为n。
朔霁醉
(砷二维网格
o)二维环绕
(c)3一立方
图2规则拓扑Noc示意图
1_1.2间接网络
问接网络主要包括树、蝶网、Benes网、cl∞网等,其中比较常见的是树和蝶网。
1)树
树中的内节点是交换机,叶子是m核。除了根节点,每个内节点只与其父节点和若干个子节点相连。对于包含_lv=2“个叶子的二叉树,其节点度数为3,网络直径是2n一2,网络的延迟取决于树的深度,即节点数目的对数。
传统K叉树的主要问题是单个父节点尤其是根节点,容
易成为通信瓶颈。L酝螂鲫,【l“于1985年提出的胖树,一个节
点可拥有多个父节点,可以缓解此问题。图2(d)是sHN【”o的拓扑示意图,它是一个采用4叉胖树的Noc,具有16个叶子节点,两层共8个交换机节点,节点的度数为4。
2)蝶网
和树一样,蝶网也是一种对数型的网络。对给定的2×2交叉开关,线对中各引出一根线简单地交叉就获得了蝶网的基本构造模块。n维的蝶网包括Ⅳ=2“个IP核和n×2卜’个度数为2的交换机节点,交换机组织成n层,每层有Ⅳ/2个交换机。图2(e)给出了一个3维蝶网拓扑。
表l总结了一些典型规则拓扑的特性,这些参数常用来
万
方数据估计网络的复杂性、通信效率、成本等,是选择网络拓扑的重要依据。
表1典型规则拓扑的特性
网络拓扑节点数
节点度
网络直径链路数
=维网格历x何
42r历一lJ
2rⅣ一厕
二维环绕√霄×何
42L√甭矗J
2Ⅳ
超立方Ⅳ=2“
^,ⅣnⅣ,2二叉树Ⅳ=26个IP棱
32n一2
Ⅳ一2
骠网
Ⅳ=24个IP核
2
n+l
rn—lJⅣ
1.2非规则拓扑
规则拓扑具有规则的网络参数,具有可复用性,降低了设计时间和成本,适用于通用的对称、同构系统。与规则拓扑不同,非规则拓扑可以面向不同的领域,根据特定的应用需求定制。根据定制方式的不同,非规则拓扑主要分为以下四类:
1)专用网络
专用网络是指网络的拓扑从零开始设计,完全根据具体的应用需求生成.没有遵循一定的规律。图3(a)给出了一个专用网络的例子。
文献[14]和[15]均指出在相同的性能指标下,专用网络减少了交换机的使用数目,在功耗和面税上更有优势。
2)基于规则拓扑
这类网络,指在规则网络拓扑的基础上做一些改变,如在规则拓扑的局部增加或删除一些节点或链路,从而使定制后的网络失去了规则性。图3(b)就是由二维网格裁剪得来的。
对现实生活中大量网络的研究表明,许多网络拓扑既不是完全规则的,也不是完垒随机的”…。这些网络介于两者之间,被称为“小世界”网络。规则拓扑如二维网格具有较大的网络直径,同时缺乏对簇的有效支持。另一方面,完全定制的专用网络,结构一般比较复杂,没有规律可言。文献[17]通过在二维网格中插入一些连接远距离节点的链路,使N0c的静态属性(网络直径)和动态属性(链路利用率等)都得到了显著改善。
3)分层网络
在分层网络中,网络的拓扑呈现为两层或多层的层次化
结构,一般包括全局网和局部网两个层次,分别可以根据需要选用规则拓扑或非规则拓扑。如图3(c)中,全局网采用二维网格,局部互连采用二叉树。
4)网络一总线混合拓扑
黼霸
嬲’豁
(匐专用网络O)基于规则拓扑
(c)分层网络(d)网络一总线混台拓扑
图3非规则拓扑N0c示意图
如图3(d)所示,这其实也是一种层次化结构的N0c拓
扑,全局网采用规则或非规则的网络拓扑,而在局部网中采用
总线。混合拓扑综合了共享介质总线和互连网络的机制,与
第ll期
常政威等:片上网络拓扑结构
2849
总线相比增加了带宽,与规则或非规则网络相比又降低了节点问距离。
文献[18]提出了分组交换网络和共享介质总线{昆舍N0c拓扑。文献[19]介绍了—个基于簇的分层N0c拓扑cHN以,簇内采用总线,簇间的通信借助于网络接口和交换机。2
下,N0c综合就是要寻找一个从口核到已有拓扑的映
射‘。一…。另一种较可行的设计方法是,给定若干个候选拓扑,并通过综合从中选出一个最优的拓扑㈣。为了提高网络
性能,节省功耗和面积,更灵活的设计方式则是采用定制拓
扑,通过N0c综合生成特定的专用网络㈣”,“1。
Noc拓扑结构研究进展
自从Ⅳ0c的概念提出以来,国内外针对Noc拓扑开展了
3结语
随着半导体和集成电路技术的发展,以及MPsoc的出现,N0c应运而生,可以解决总线在可扩展性、通信效率、功耗等方面存在的问题。N0c拓扑结构经过近几年的研究与发展,出现了很多原型实例和研究方法,但大都停留在研究实验阶段,还彀有形成成熟的理论体系,也没有取得广泛的应用。
大量的研究,出现了许多NoC原型实例和相关设计方法。本节从网络拓扑的角度出发,介绍几种有代表性的N0c实例,分析相关的设计和实现技术。
2.1
Noc实例
sPIN㈨(sc山ble
Programmable
hlterc叽r啪donNefWork)
通过对Noc拓扑结构的分类方法以及原型实例和设计方法研究现状的分析,可以得出以下结论:
1)一oc拓扑分为规则拓扑和非规则拓扑两大阵营,两者各有优缺点。规则拓扑可以借鉴并行计算领域的研究成果,具有良好的可复用性、可扩展性,可以降低设计时间和成本,但是只适用于通用和同构的体系结构。非规则拓扑可以为具体的应用定制,节省了芯片的功耗和面积,但是设计效率较低。
2)由于规则拓扑具有良好的网络参数,在Noc领域已经取得了广泛的应用,现有的大量研究都是围绕规则拓扑开展的,特别是适合二维平面布局的网格类拓扑。
3)由于嵌入式系统资源受限,具有专用性,MPsoc中含有通用cPu、协处理器、DsP等多种类的异构处理单元,非规则拓扑更适合作为MPsoc的互连网络拓扑,将会是未来Noc拓扑的研究重点。
4)随着MPsoc中处理器数目的不断增加,层次结构拓扑将是下一步的研究热点。分层次网络可以兼顾规则拓扑和非规则拓扑的优点,是大规模N0c拓扑的必然发展方向。
5)除了带宽、吞吐率、时延等传统宏观网络考虑的性能参数外,Noc还必须考虑功耗、面积、成本、容错等多方面的约束。N0c拓扑结构的设计空间相当巨大,必须借助高效的优化方法完成系统级的设计,设计自动化相关的工具和算法仍有大量工作要做。参考文献:
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BENINI
是一个4叉胖树的设计例子。胖树中的内节点具有相同数目的父节点和子节点,具有良好的可扩展性,当网络的规模变大
时,网络仍然具有较好的性能。蚋N采用虫孔交换技术.一
个伍t的大小为4个字节,对分组的大小则没有限制。采用O.13pJn工艺,于2003年实现的一个32节点的sPIN网络,芯
片面积为4.6姗2,聚集带宽约100
GbpB。
瑞典皇家理工学院的NO弧uM啪1采用名为BPs
(Bdd【b0脯-Plgdi珊-system)的系统级设计方法,将基于Noc的系统划分为架构、平台和系统三个层次,包括平台设计和应用映射两个步骤。在Noc架构层采用二维网格作为基本的拓扑,因为二维网格具有易于平面布局、节点度稳定和路由算祛简单等特点。
xPIPES““是意大利博洛尼亚大学和美国斯坦福大学联合开发的一个Noc组件库,其中包括了参数化的网络节口、交换机和链路等基本网络组件。借助于sUNMAP和
xPiPcscomPik这些工具软件,经过拓扑映射、选择、生成等几
个步骤,可定制各种规则和非规则网络拓扑,最终输出用
母耐蛐c描述的N0c实例。
O咖聊田。是一种新颖的规则网络拓扑。oct890rI的基本
模块是8个节点经由12条双向链路连接组成的带弦环网,网络内任意节点问的路由距离都是2。多个带弦环网共用相邻边节点。可以组成更大的、可扩展的网络。
HiN0c旧1是一个可重构的分层网络,全局网采用二维网格实现异步通信,局部网采用胖树或其他的互连方式如总线或单个的m核。根据需要,HiN0c可以对主干网进行配置,去除一些节点,以方便接人较大的IP核或局部网。HiN0c支持分组交换,并采用虫孔选路技术。同时,它也提供电路交换模式,通过预留带宽提供Q0s确保机制。2.2与拓扑结构相关的设计方法
能耗是设计Noc拓扑结构的一个关键因素。文献[24]采用拓扑级能耗模型,以=维网格/环绕、高维网格/环绕、层
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次网格/环绕为例,探讨了70砌、50nm和35珊等制造工艺
对以上N0c拓扑能耗的影响,并指出在不同的制造工艺下。对应能耗最优的网络拓扑也不同。文献[笛]研究了分簇对二维网格、二维环绕、胖树、蝶网等N0c拓扑的影响,并指出
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【6】
通过流量局部化可减少20%一柏%的能耗。文献[26]指出
N0c拓扑映射经过优化可节能60%左右。
给定通信任务图、应用特征图或其他形式的N0c设计规范,以及优化对象和约束条件,Noc综合用来生成对应的拓扑结构、路由算法等实现方案”】。总的来说,Noc综合是一个NP问题,求解空间非常巨大。相对于定制拓扑而言,网格类的规则拓扑由于结构简单、易于分析,因而现有太部分工作都将它们作为研究对象。在限定目标拓扑如二维两格的情况
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:260页以上。
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片上网络拓扑结构
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常政威, 谢晓娜, 熊光泽, CHANG Zheng-wei, XIE Xiao-na, XIONG Guang-ze
常政威,熊光泽,CHANG Zheng-wei,XIONG Guang-ze(电子科技大学,计算机科学与工程学院,四川,成都,610054), 谢晓娜,XIE Xiao-na(郑州大学,体育学院,河南,郑州,450044)计算机应用
JOURNAL OF COMPUTER APPLICATIONS2007,27(11)1次
参考文献(31条)
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相似文献(10条)
1.学位论文 夏文栋 片上网络微电路及拓扑结构研究 2009
随着单芯片面积和晶体管资源的指数增长,片上系统(SoC)变得越来越复杂。传统的片上总线(SoCbus)和点对点的IP核互连方式(point-to-pointinterconnection)很难适应现代片上系统的设计要求。这时,片上网络(NetworkOnClup)做为一种新的解决途径被提出来了,片上网络的可升级性(scalable)和易扩展性很好的满足了新设计的要求。
本文针对片上网络的发展现状,探讨如何设计一个具有较好性能的片上网络拓扑结构,首先简单回顾了片上网络的各种拓扑结构、交换机制,路由策略等片上网络基础知识,由于2D-Mesh结构简单,易于实现等固有的优点,本文采用它作为基本的拓扑结构,同时为了避免这种结构网络直径和平均距离,功耗较大等缺点,本文采用小世界网络(smallworld)相关理论,对所设计的2D-mesh片上网络插入若干长链路来对所提出的网络架构进行性能的优化,所以论文首先在第三章详细介绍长链路插入算法和路由算法。
论文接着在长链路的基础上,从软件角度提出了层次式片上网络架构,描述了片上网络的三层体系结构,分析了亚微米技术下的物理层设计,介绍了延时不敏感的异步式链路控制,最后,在采用虚拟通道的基础上,提出了预留虚拟通道机制来进一步保证通信服务质量(QoS)。
论文还从硬件逻辑电路角度详细讨论了基于长链路的片上网络设计,分析了同步式逻辑电路的缺陷和不足,提出一个延时不敏感(delay-insensitive/DI)的异步式片上网络架构来满足复杂单芯片系统IP核间互连的要求,这个系统采用全局异步,局部同步(globally-asynchronousandlocally-synchronous/GALS)的设计思想,硬IP核采用局部时钟的同步电路,不同的IP核速度和时钟频率可以互不相同。而大量的硬IP核使用DI异步式网络进行互连,保证通讯的可靠性和高效性。
为了评估传统2D-mesh片上网络与基于小世界模型的片上网络的性能,专门设计了两个模拟器:基于C++和基于FPGA的模拟器,通过比较插入前后2D-mesh片上网络的各种性能指标(包延迟,吞吐量,网络规模,缓冲区尺寸等),证明所设计的基于小世界模型的DI异步式片上网络架构不仅有更高的吞吐量和更低的传输延迟,能有效提高网络传输性能,而且有较好的服务质量保障。
2.期刊论文 卢强.姚放吾.LU Qiang.YAO Fang-wu 片上网络的分析与设计 -航空计算技术2007,37(2)
为了减小多处理器片上系统的面积和功耗,支持可靠的数据传输,提出了片上网络这种理想的解决方案,详细分析了片上网络的体系结构,拓扑结构及路由策略,比较了wormhole和hot potatol路由技术,提出了转发器的设计方案,并叙述了片上网络的发展前景.
3.期刊论文 欧阳一鸣.朱兵.梁华国.冯伟.OUYANG Yi-ming.ZHU Bing.LIANG Hua-guo.FENG Wei 基于对角互连网格拓扑结构的片上网络 -计算机工程2009,35(22)
对二维网格拓扑结构进行改进,给出对角互连的DMesh结构和对角互连且边界节点互连的DTorus结构,针对2种拓扑结构分别提出DXY路由算法和TDXY路由算法.仿真实验结果表明,DMesh和DTorus结构可以节省网络节点间的路由通道数,减少平均传输延迟,增加吞吐晕,使路由路径更加多样化.
4.期刊论文 杨晓强.YANG Xiao-qiang 片上网络关键技术研究 -微计算机信息2008,24(20)
半导体技术的快速发展以及芯片上系统应用复杂度的不断增长,使得片上互连结构的吞吐量、功耗、延迟以及时钟同步等问题更加复杂,出现了将通信机制与计算资源分离的片上网络.片上网络设计涉及从物理层到应用层诸多方面的问题.本文给出片上网络设计的一些关键技术:设计流程、拓扑结构、路由技术、交换技术、性能评估;并指出目前研究存在的问题和今后的研究方向.
5.学位论文 吴江南 片上网络开发验证平台的研究 2007
集成电路的制造技术在不停地发展,单个硅片上可以容纳的晶体管数越来越多,已经达到了数十亿门级。这样巨大的晶体管容量满足了设计复杂的多处理器系统芯片(MPSoC)的需要。在集成电路制造工艺进入深亚微米级别后,连线延时超过了门延时,成为电路延时的最主要因素。这使得芯片不能再采用单一时钟,因为时钟信号穿越整个芯片需要数个周期,而且时钟歪斜变得不可控。可以采用全局异步局部同步(GALS)的方案来解决这个问题。近年来,片上网络(NoC)结构被提出并应用于多处理器系统芯片的IP互连。片上网络结构很好地实现了全局异步局部同步的设计思想。基于片上网络结构的多处理器系统芯片可以广泛地应用于不同的领域。
针对系统芯片的片上网络发展趋势,本文论述了一个用于多处理器系统芯片片上网络设计和验证的开放性平台——NoCOP(Network-on-Chip()penPlatform)平台。NoCOP平台主要由软件子平台、硬件子平台、设计方法学、可重用的软件模块和可重用的硬件IP组成。
NoCOP软件子平台通过一种层次化的通信结构和NoCOP硬件子平台相连。采用层次化通信结构的一个好处是,高层应用不必关心底层的通信细节,从而简化了为平台开发新应用的过程。本文将指令集模拟器(ISS)移植到层次化通信结构上,不仅可以实现对片上系统的软件和硬件验证,还增强了NoCOP软件子平台的可编程能力。
NoCOP硬件子平台以FPGA为核心,最高可以达到约2百万ASIC逻辑门的设计容量。NoCOP硬件子平台采用12层的PCB,在设计过程中遵循高速电路设计
的原则。NoCOP硬件子平台上有丰富的硬件资源,并特别针对视频应用设计了支持HDTV1080P的视频输入输出接口。通过高速扩展插槽,可以连接到更多的硬件资源,还可以实现多个NoCOP硬件子平台的互连,从而提供更大的逻辑容量。
作为NoCOP平台的一部分,本文设计了一系列可重用的片上网络组件,如交换开关、拓扑结构、路由算法和通信协议等。在设计过程中,比较了不同的实现方案。其中交换开关在SMIC 0.18um CMOS制造工艺下可以达到3.2G字节/秒的数据带宽。
在NoCOP平台上可以对片上网络进行软硬件协同验证。此外,只需要增加少量的硬件模块就可以在NoCOP平台上实现片上网络的监视系统,用于分析片上网络的性能,发现系统的瓶颈,从而提高片上网络的运行效率。
6.期刊论文 林桦.李险峰.佟冬.程旭.Lin Hua.Li Xianfeng.Tong Dong.Cheng Xu 保证QoS的片上网络低能耗映射与路由方法 -计算机辅助设计与图形学学报2008,20(4)
为解决二维mesh片上网络的服务质量和低能耗问题,提出基于最优化搜索的拓扑映射与路由方法Q-LEMR. 该方法以降低芯片通信能耗为目标,在保证系统延迟与带宽的服务质量的前提下,自动将给定应用的IP核映射到片上网络结构上,并为通信踪迹定制设计确定的、非死锁的最短路径路由;同时通过加速策略使映射和路由的计算在可接受的时间范围内完成.实验结果表明,Q-LEMR较现有工作平均降低通信能耗28.8%,并满足服务质量要求.
7.期刊论文 郭彬.王长山 折叠式Clos拓扑在片上网络中的应用 -中国集成电路2010,19(2)
随着半导体与集成电路技术的进步,网络中用于连接芯片的路由设备得到了很大的发展.通过引入新的技术,路由的
8.学位论文 刘祥远 多核SoC片上网络关键技术研究 2007
在技术发展以及需求增长的驱动下,未来SoC的集成度和复杂性将继续增大,单个芯片上将集成数百个IP核,包括RISC核、DSP核以及存储单元核等。在这种规模的多核SoC设计中,各个IP核之间如何进行通信成为一个关键问题。因此,未来多核SoC需要采用性能高、功耗低、可扩展性强的片上通信系统,这已经成为近年来研究的热点。
由于传统的片上通信结构(如总线)已经无法适应当前的设计需求,以通信为中心的片上网络(NoC)技术为多核SoC通信问题提供了新的解决方案。本论文对多核SoC通信网络的设计与优化进行了深入研究,根据目标系统——多核DSP的通信特点,深入分析了NoC设计的关键技术,研究了在满足高性能通信需求的前提下优化功耗与面积开销的NoC设计方法。论文的主要工作与创新点包括:
1)在NoC的物理层,针对互连实现问题,提出了基于中继驱动器以及低摆幅传输电路的混合插入方法:HI(Hybrid Insertion,混合插入),克服了现有中继驱动器插入方法以及低摆幅传输方法不能兼顾性能与功耗的缺点。导出了采用HI方法时在互连线上插入中继驱动器和低摆幅传输电路的最优个数以及位置,并给出了证明。实验结果表明,HI方法能有效减小全局互连的延迟、功耗以及面积开销。
2)在HI方法的基础上,提出了基于三维查找表的低摆幅互连估算模型:LSIEM(Low Swing Interconnect Estimation Models,低摆幅互连估算模型),解决了低摆幅互连高层估算模型匮乏、不通用的问题。首先给出了LSIEM模型的算法框架,能在设计初期快速估算长线互连的性能、功耗以及面积开销。利用LSIEM模型进一步提出了OWS-HI(Optimal Wire Sizing for Hybrid Insertion,互连线尺寸优化的混合插入方法)方法,能在采用HI方法互连的同时优化连线的尺寸设置。实验结果表明,与HSPICE模拟相比,LSIEM模型的延时与功耗估算精度均超过90%,并且计算速度提高了95倍。 3)在NoC的物理层,针对全局同步问题,提出了基于加权Gray码指针以及实时状态检测机制的异步FIFO结构:WG-FIFO(Weighted-Gray code
FIFO,加权Gray码FIFO),克服了现有异步FIFO设计保守、低效以及浪费空间的缺点。给出了WG-FIFO的总体结构设计,分析了指针编码方式及状态检测机制的正确性和有效性。实验结果表明,与已有异步FIFO相比,WG-FIFO在FIFO深度为4~16的情况下具有更高的读/写性能以及操作效率,并能减小面积开销。
4)在NoC的网络层及网络适配层,根据目标系统——多核DSP的通信特点提出一种基于集群思想的层次化NoC架构:LSGT-NoC(Locally Star GloballyTorus Network-on-Chip,局部星型全局环网结构的片上网络),解决了现有NoC设计不能很好兼顾性能与功耗的问题。提出了层次化的LSGT(LocallyStar Globally Torus,局部星型全局环网)拓扑结构,设计了支持批量传输以及集群内组播的传输协议,实现了路由节点、网络接口以及全局链路等NoC基本部件,并特别针对Crossbar和全局链路进行了低功耗优化。实验结果表明,LSG-NoC架构具有跳步数少、带宽高、功耗低和可扩展性强等优点。论文的研究成果为多核SoC的通信问题提供了一个可行的方案,为进一步提高多核SoC的并行性以及实际运行性能提供了理论和实践基础。
9.期刊论文 朱晓静.ZHU Xiao-jing Storus:一个二维片上网络拓扑结构 -小型微型计算机系统2008,29(4)
随着CMOS工艺集成度持续不断提高,单片多处理器正在成为高性能处理器结构的发展趋势,现有的片上总线结构已不足以满足片上系统设计的互连需求,近年来提出了片上网络这一新的互连结构,片上网络需要解决的问题有:选择合适的拓扑结构、路由算法、流控机制等等.文中为片上网络结构提供了一个新的拓扑结构Storus以及路由算法L2,并使用多种负载模式、多种流控机制对Storus与Torus结构进行模拟分析.模拟结果显示,Storus的平均路由延时约比Torus小2%~15%,使用热点负载模拟时,Storus的饱和吞吐量约为Torus结构的1.2~1.5倍.
10.学位论文 杨宇 片上网络Noc任务调度研究 2008
随着技术的发展,传统的基于总线的互连方式无法满足系统通信性能的要求,因此出现了基于网络互连的方式。这种互连方式以交换机为节点,在需要路由功能时,可用路由器代替交换机作为节点,以此将设计复用技术应用到了互连结构中,形成了目前的基于网络拓扑结构的片上网络系统。 目前的研究在片上网络的任务分配与调度主要是指将通讯任务分配到合适的处理单元,并且尽可能以最佳的方式为这些任务进行排序。同时,目前研究并行任务的调度主要是以带节点权值和边权值的有向无环图即DAG图来表示,DAG调度问题一般为NP问题。因此本文研究各种DAG上面的调度算法。目前的DAG调度算法一般有表调度算法,聚簇调度算法,基于任务复制的调度算法,基于遗传算法、退火算法等。
传统的DAG调度算法的目标是使性能最佳,但是在片上网络特别是异构多核的情况下,还需要考虑调度算法对功耗的影响。针对此种情况,本文对粗粒度与细粒度的通信模型情况下分别提出了一种新型的低功耗的调度算法,实验结果表明,与传统的以性能要求为目标的调度算法相比,该算法能节省许多功耗。
引证文献(1条)
1.岳培培.陈杰.刘建.SHERAZ ANJUM 应用于片上网络的双通道路由器[期刊论文]-电子科技大学学报 2009(2)
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jsjyy200711071.aspx
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