一种改进的BFT型片上网络拓扑结构及路由算法研究

摘要

片上网络互连结构(NoC)的提出,是为了满足片上片上模块之间高带宽、低延时的通信需求。NoC的基本特征是模块化设计片上互连结构,各计算模块之间通过片上的微型网络进行并行通信,提供高带宽低延时,同时提高可扩展性。NoC的主要思想是将计算机网络技术移植到单个芯片中。虽然NoC与计算机网络一样都有路由器,但是NoC是在单芯片上实现的微型网络,需要考虑功耗和面积限制,以及复杂连线带来的时钟周期增长等问题。蝴蝶胖树结构(BFT)能有效的平衡各因素,但BFT结构局部通信性能低和路由器复杂。本文的研究目的是减少NoC的面积开销,设计出适合局部通信率的NoC拓扑结构,路由器及其相应的路由算法。
　　 本文着重研究通信局部性对NoC性能的影响。针对BFT的不足,本文设计出一种性能更优的拓扑结构XBFT、路由器及其相应的路由算法。提出的结构在BFT的基础上,通过改变之间路由节点之间的连接关系,增加第一层路由节点之间的连线,形成局部性更强拓扑结构。XBFT结构在实现复杂度没有增加的前提下,减少了路由节点和物理连接链路数目,稍微缩短了IP核间的距离。理论分析表明,在64个IP核的NoC中,XBFT较BFT路由器数目减少了14.3％,物理链路数减少了10.7％;在256个IP核的NoC中,XBFT较BFT,路由器数目减少了20％,物理链路数减少了32.1％。由此可知XBFT结构比BFT结构拥有较小的面积开销和较低的布线难度。
　　 本文实验采用gpNocsim模拟器。实验在基于局部负载模式和均衡负载模式下比较64节点的BFT结构和XBFT结构的网络性能。实验结果表明,在局部负载模式下,当包注入速率较小时,XBFT与BFT网络性能相当。随着包注入速率增大,XBFT网络性能比BFT好。在均衡负载模式下,当包注入速率较低时,XBFT与BFT网络性能相当。随着包注入速率增大,由于XBFT网络直径较大,导致网络延时增加,网络性能低于BFT。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

第1章 绪论

1.1 研究背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要内容和组织结构

第2章 片上网络结构分析

2.1 片上网络拓扑结构简介

2.2 常见的NoC拓扑结构

2.2.1 Mesh结构

2.2.2 Torus结构

2.2.3 SPIN结构

2.2.4 BFT结构

2.3 常见片上网络路由算法

2.3.1 XY路由算法

2.3.2 TXY路由算法

2.3.3 LCA路由算法

2.4 网络性能实验对比

2.5 本章小结

第3章 XBFT拓扑结构

3.1 XBFT结构设计

3.2 XBFT与BFT拓扑结构的理论分析

3.3 XBFT路由器设计

3.4 XBFT型NoC节点编码设计

3.5 XBFT路由算法

3.6 本章小结

第4章 实验仿真

4.1 gpNocsim模拟器介绍

4.2 gpNocsim仿真验证及分析

4.1.1 局部负载

4.1.2 均衡负载

4.3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士期间发表的论文和参加的项目