基于虚通道技术的三维片上网络路由算法研究

摘要

单芯片上集成的晶体管数量按照摩尔定律迅速增长，传统的采用总线结构的单芯片系统受到了总线架构复杂以及通信效率低等因素的制约。片上网络系统借鉴了计算机之间的基于包交换的网络协议设计，将处理器核与通信接口功能分离，成为复杂系统芯片设计的研究热点。二维片上网络处理单元之间的连线距离长且网络半径较大，限制了片上网络的性能。随着硅穿孔及片上无线通信技术的应用，三维片上网络获得了研究者的关注。本文针对三维片上网络路由问题，提出了改进的虚通道分配策略、三维拓扑结构设计以及相应的路由算法，有效地改善了网络平均延迟和吞吐率。
　　首先，为了解决现有的虚通道分配策略在三维拓扑结构下全局缓存利用率低的问题，对SVC虚通道分配策略进行改进，提出了LPVC虚通道分配策略。该策略引入线性规划思想，使用自适应的因子对缓冲区进行管理，在实现了缓冲区高利用率的同时降低了网络的平均延迟。然后，针对三维XNoTs拓扑结构中柱面节点在高注入率下负载过重，易发生阻塞的问题，提出了AXNoTs拓扑结构，该结构引入了切面拓扑的思想，采用分级互联拓扑作为其切面拓扑，有效的缓解了柱面节点的压力，并提高了片上网络的吞吐率。最后，针对AXNoTs拓扑结构的特点，提出了PFBR路由算法，该算法充分地利用了切面拓扑结构，依据方向概率确定路由路径，降低了网络的平均延迟。
　　为了对所提出的虚通道分配策略和三维路由算法进行评估，开发了三维片上网络路由仿真器。在均匀随机、置换以及热点三种流量模式下，引入了自相似业务模型，提高仿真结果的可信性。在三种流量模式下，基于AXNoTs拓扑结构的仿真结果表明，所提出的虚通道分配策略LPVC平均延迟较GVC均有减少，且提出的PFBR路由算法的吞吐率均高于当前的HamFA与PPROM算法，在置换模式下吞吐率最高达到0.43flit/cycle。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 NoC的研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 论文组织结构

第2章 NoC相关技术研究

2.1 NoC的拓扑结构

2.2 NoC的路由算法

2.3 虚通道技术

2.4 本章小结

第3章 虚通道及三维切面拓扑路由算法

3.1 动态分配虚通道策略研究

3.2 三维NoC拓扑结构研究

3.3 基于切面路由技术的改进三维NoC路由算法

3.4 本章小结

第4章 仿真与性能分析

4.1 三维NoC仿真器的设计

4.2 仿真结果分析

4.3 本章小结

结论

参考文献

致谢