热/流均衡的混合型3DNoC拓扑结构设计与映射算法研究

摘要

相对于二维片上网络，三维片上网络具有全局连线短、网络延时小和通信功耗低等优势，但在实现工艺中的堆叠方式和高度密集的晶体管布局给芯片带来了严重的散热问题。拓扑结构和映射算法的设计对3D NoC的系统流量、延时和温度具有至关重要的影响，也是解决芯片散热问题的突破口。
　　论文首先对3D NoC-Bus混合型拓扑结构中的垂直总线展开研究，通过改造动态时分复用总线dTDMA的仲裁算法和路由器总线接口，提出了时间片大小和个数均动态可变的多动态时分复用总线mdTDMA。mdTDMA不仅继承了dTDMA的高总线利用率，而且有效提升了总线仲裁机制的公平性和数据传输的实时性。结合对Mesh和Torus拓扑结构的深入分析，提出了具有热/流均衡特性的BTorus拓扑结构及其路由算法。该结构可以将更多的流量分布到芯片边缘，为3D NoC的热/流均衡提供了物理基础并有利于芯片散热。基于BTorus拓扑结构和mdTDMA总线，构成了一个低延时、热/流均衡的混合型三维片上网络拓扑结构3D NoC-Bus BTorus。在充分研究了数据在垂直总线中传输的能耗特性与延时特征的基础上，本文还提出了一种兼顾流量和功耗的B-T映射算法，从控制流量的角度保证混合型3D NoC的温度分布均衡以及功耗最小化。
　　对本文提出的3D NoC-Bus BTorus拓扑结构和B-T映射算法进行仿真验证，实验结果表明，其中的3D NoC-Bus BTorus具有良好的热/流均衡性能和低延时、高吞吐率的通信性能。以规模为4×4×4的3D NoC-Bus BTorus为例，在网络接近饱和的情况下，相对于3D Mesh，3D NoC-Bus BTorus的吞吐率提高了13％，网络延时降低了17.9%。B-T映射算法可以折中考虑功耗最小和流量均衡两个优化目标，为3D NoC-Bus的热/流均衡问题提供了一个很好的解决方案。

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注释表

第一章 绪 论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3论文主要研究内容

1.4论文结构

第二章 热/流均衡的混合型3D NoC研究思路及仿真平台设计

2.1热/流均衡的混合型三维片上网络研究思路

2.2混合型3D NoC的仿真平台设计

2.3本章小结

第三章 混合型3D NoC的垂直总线研究

3.1垂直总线分析

3.2 mdTDMA总线仲裁机制研究

3.3垂直总线性能验证

3.4本章小结

第四章 混合型3D NoC的水平子层拓扑结构研究

4.1 BTorus拓扑结构的提出

4.2 BTorus路由算法

4.3 BTorus拓扑结构性能分析

4.4本章小结

第五章 混合型3D NoC的映射算法研究

5.1垂直总线特征分析

5.2 B-T映射算法设计

5.3 B-T映射算法映射过程

5.4映射结果分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致 谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文