多种片上网络拓扑结构性能评估

摘要

随着SoC复杂度的增加，特别是MPSoC的出现，片上通信成了系统芯片的性能瓶颈。高效的片上通信架构对系统性能的好坏有着巨大的影响。近几年来，人们提出了片上网络这种新型的片上通信架构。相比于传统的架构，片上网络可扩展性高，充分利用各处理器的并行处理能力，极大提高了系统芯片的性能。
　　 片上网络有不同的拓扑结构，如2D Mesh，Torus，环形，混合型等。为了能够针对某种实际应用找出适合的最优性能的拓扑架构，我们需要一套标准的性能评估体系。
　　 本文搭建了一个节点数可变的片上网络性能评估平台，并对新型环形架构和传统的2D Mesh进行了性能评估。新型的环形NoC架构采用虚拟输出队列技术完全解决了传统环形架构中存在的死锁和队头阻塞问题。在实验中，通过改变环数、发包速率和Buff深度对系统进行了性能评估。最后得出两个结论：1)当节点数固定为16时，针对新型环形NoC架构，当Buff深度为2—4个Flit，环数为2时性能较好，适合实际应用；2)当节点数小于9时，新型双环架构的性能对比与传统的2D Mesh有绝对的优势，当节点数大于9后，新型双环架构的性能开始变差，特别是发包速率较高的情况下就不如2D Mesh。

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1 绪论

1.1 集成电路发展

1.1.1单处理器系统芯片

1.1.2多处理器系统芯片

1.2 片上通信架构分类

1.2.1总线架构

1.2.2交叉开关

1.2.3点对点

1.2.4 NoC

1.3 片上网络国内外研究现状

1.4 本文研究内容和主要创新点

1.5 本文架构

2 片上网络组件及关键技术

2.1 片上网络组件

2.1.1源/目的节点

2.1.2适配单元

2.1.3路由节点

2.1.4链接

2.2 片上网络关键技术

2.2.1拓扑结构

2.2.2路由算法

2.2.3交换技术

2.2.4 QoS服务

2.2.5性能评估

2.3 片上网络工作流程

3 环形NoC性能评估平台架构及设计

3.1 环形NoC性能评估结构概述

3.2 环形NoC性能评估架构关键组件

3.2.1环形NoC性能评估架构适配单元和源/目的节点

3.2.2环形NoC性能评估架构路由节点

3.2.3环形NoC性能评估架构统计监控单元

3.3 数据包传输流程

3.3.1源节点发送数据

3.3.2路由节点间数据传输

3.3.3目的节点接收数据

4 2D Mesh性能评估平台架构及设计

4.1 2D Mesh性能评估结构概述

4.2 2D Mesh性能评估架构关键组件

4.2.1适配单元和源/目的节点

4.2.2路由节点

4.2.3性能统计监控单元

5 性能评估及分析

5.1 16个节点环型NoC和2D Mesh性能对比

5.1.1改变环数

5.1.2改变发包速率

5.1.3改变Buff深度

5.2 不同节点数目下双环架构和2D Mesh的性能比较

5.2.1四个节点时双环架构和2D Mesh的性能比较

5.2.2六个节点时双环架构和2D Mesh的性能比较

5.2.3八个节点时双环架构和2D Mesh的性能比较

5.2.4九个节点时双环架构和2D Mesh的性能比较

5.2.5 12个节点时双环架构和2D Mesh的性能比较

5.2.6 16个节点时双环架构和2D Mesh的性能比较

5.3 性能分析

5.3.1不同节点数双环架构性能分析

5.3.2不同节点数2D Mesh构性能分析

5.3.3不同节点数两种架构性能对比与分析

5 总结与展望

参考文献

致谢

作者简历