三维NoC低功耗映射算法研究

摘要

为了解决基于总线结构的片上系统通信瓶颈问题，基于包交换的片上网络NoC（Network on Chip）通信模型受到了广泛的关注。由于单一时钟的全局互联网络可能会引发严重的片上同步错误、不可预知的延迟和高能耗等问题，基于全局异步局部同步模型的电压频率岛VFIs（Voltage-Frequency Islands）技术成为了当前NoC领域的研究热点。随着硅穿孔和堆叠工艺的日益成熟，三维NoC的实现成为可能，相比二维NoC，三维NoC具有更小的片上处理器核间平均距离、更低的功耗及更高的可靠性。本文针对三维NoC的低能耗映射问题，提出了基于电压频率岛的NVR-VFIs映射算法，有效降低了系统能耗。
　　论文的研究分为四个步骤：首先，通过对基于电压频率岛的NoC系统能耗的分析，建立基于3D-Mesh结构的NoC能量消耗模型，并定义出了符合性能约束条件的映射目标函数。然后，在可允许划分最大电压频率岛个数条件下，进行IP核的电压频率分配与划分，找到该分配方案下最小的处理器能耗及相应的IP核划分。接下来，运用近凸区域选择算法进行电压频率岛到三维NoC区域的分配，确保被划分到同电压频率岛中的IP核对应的NOC处理单元位置邻近且包含在同一凸区域中。基于近凸区域算法的划分方法避免了电压孤岛的出现，减少了电压频率岛间转换接口的个数，从而降低了转换能耗。最后，对每个电压频率岛采用分枝限界算法进行岛内IP核到相应凸区域的映射，降低了系统的通信能耗。
　　为了对所提出的NVR-VFIs算法进行评估，本文将实际用例MPEG-4 VOPD、H.264解码器和E3S公共基准套件分别运用本文提出的NCR-VFIs映射算法和随机映射算法在不同规模的3D-Mesh结构的NoC平台上进行仿真计算，实验结果显示NCR-VFIs算法相比单一时钟域的随机映射算法能够节省约70％的能耗，此外NCR-VFIs算法将岛间转换接口的个数减少为随机映射算法的44%。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 研究的背景及意义

1.2 NoC映射算法研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 论文组织结构

第2章 NoC映射相关技术

2.1 NoC基本结构

2.2 NoC拓扑结构

2.3 NoC映射

2.4 NoC路由机制

2.5 本章小结

第3章 基于VFIs的低功耗NoC映射算法

3.1 基本假设和方法概述

3.2 问题的形式化

3.3 基于VFIs的NoC映射算法

3.4 本章小结

第4章 实验及结果分析

4.1 实例应用

4.2 能耗分析

4.3 岛间转换接口个数分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及取得的科研成果

致谢