面向暗硅的片上网络架构与映射方法研究

摘要

最新集成电路设计发展中出现了暗硅问题，即为了维持多核系统性能而不超过散热设计功耗，部分核需要处于关闭状态或者不能持续长的运行周期，如此为多核系统的通信架构片上网络（Network-on-chip,NoC）设计提出了新的挑战。论文针对面向暗硅问题的片上网络架构和映射方法展开研究。
　　论文首先提出了一种基于分布式管理单元的NoC架构，该架构以分布式管理单元和多模式路由器为关键组件，根据不同的应用需求实现应用任务在处理器单元PE上的映射，并管理路由器在正常、直通与关闭模式间有效切换，从而降低系统功耗开销。进一步，论文还考虑了分布式管理单元的数目以及布局对系统通信功耗与延时的影响，提出了一种基于遗传算法的分布式管理单元优化布局方法。该方法生成的布局结果与常用的布局情况相比，可节省平均15.26％的通信功耗和26.36%网络延时。
　　基于该NoC架构，提出了一种功耗优化的动态映射算法，包含区域协商与基于簇的应用映射两个步骤，以优化应用通信功耗为目标，动态地为多个应用分配处理器单元。采用多组多媒体应用验证了所提算法的有效性，相比常用的动态映射算法NN算法和Tree算法，最高可分别平均节省20.6%和24.8%的通信功耗，同时，可分别降低13%和16.67%的通信延时。
　　针对多个应用动态映射后形成的不规则区域，提出了一种不规则区域路由算法。该算法基于邻接点状态表实现数据包在不规则区域内路由，能够避让关闭模式的路由器，且能够利用直通模式路由器形成的开关连接路由，从而降低节点间的通信距离。实验在NoC系统上含有不同的直通模式路由器数目下，与已有的不规则路由算法CDOR相比，可平均节省20.8%的数据包传输功耗。最后，在RTL级完成了所提出的NoC架构中的分布式管理单元和多模式路由器设计，并评估了两者的功耗与面积开销。

目录

声明

缩略词

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的研究内容

1.4 论文的组织结构

第二章 基于分布式管理单元的NoC架构

2.1基于分布式管理单元的NoC架构组成

2.2基于分布式管理单元的NoC系统运行机制

2.3分布式管理单元数目对性能影响的分析

2.4分布式管理单元的布局

2.5实验结果与分析

第三章 功耗优化的动态映射算法

3.1 动态映射问题描述

3.2 算法总体描述

3.3 区域协商算法

3.4 基于簇的动态映射算法

3.5 实验结果与分析

3.6 本章小结

第四章 不规则区域路由算法

4.1 不规则区域路由算法的主要思想

4.2 邻节点状态表描述与生成

4.3 不规则区域路由算法

4.4 路由算法无死锁证明

4.5 算法性能仿真与分析

4.6 本章小结

第五章 分布式管理单元和路由器设计

5.1 分布式管理单元

5.2 多模式路由器设计

5.3 路由器性能开销分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文