基于通讯感知的片上网络加速机制研究

摘要

摩尔定律预示着未来计算机必将迎来多核时代，随着片上集成的计算节点或者存储节点的增多，传统的片上互联技术难以适应未来需求，片上网络是一种具有高带宽以及良好可扩展性的核间互联架构，于是它逐渐成为多核之间的主流通讯架构。片上网络的通讯延迟对片上系统的性能有很大影响，如何降低核间的通讯延迟成为非常重要的研究课题。 当真实的应用程序运行在片上网络时，网络中的通讯因为应用程序的行为呈现出不均匀的特征，降低网络中的繁忙的通讯可以大大减少网络中的平均通讯延迟。因此本文依据网络中的通讯特征，从繁忙通讯急需加速的角度去研究如何在运行时降低网络中的平均延迟，可以给片上系统的性能带来显著提升。 本文的主要工作和成果如下: 1.本文结合了基于分片的虚电路交换与虫洞机制，提出了一种新的混合交换机制，其中虚电路的部分可以为繁忙的通讯提供加速，而传统的虫洞机制用于普通包的传输。通过为繁忙通讯预留专有VC，以及改进前人的研究工作，可以使繁忙通讯的包的路由管道大大缩减，于是减少了它们在网络中的每一跳的停留时间，进而降低了网络的平均延迟。 2.本文分析了网络中的通讯状况，并提出了繁忙通讯的判定方法。根据网络通讯的时间局部性，采用基于时间窗口的方法预测网络中未来的通讯状况。 3.本文提出了两种建立运行时加速通道的策略，一种从全局角度考虑网络的通讯状况，从而更能够准确找出繁忙的通讯点对。另一种从单个节点的局部信息考虑，虽然找出的繁忙通讯在全局范围未必繁忙，但是后者实现的方式很简单。 4.通过实验发现，本文提出的采用分布式策略建立的运行时加速通道可以使网络的通讯延迟平均降低17.4％，本文提出的采用集中式策略建立的运行时加速通道可以使网络的通讯延迟平均降低18.6％。 5.本文提出的加速机制非常适用于不均匀的通讯网络，例如图形计算领域的程序往往需要需要进行频繁通讯，因此本文的研究成果也具有很高的实用价值。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 片上网络产生的背景

1．2 片上网络主要的研究内容

1．2．1 拓扑结构

1．2．2 路由算法

1．2．3 流量控制

1．2．4 路由器结构

1．3 本文工作

1．4 论文组织结构

1．5 本章小结

第2章 片上网络加速机制相关研究

2．1 网络通讯特征相关研究

2．2 网络加速机制相关研究

2．2．1 从拓扑结构角度

2．2．2 从路由器管道角度

2．2．3 从交换机制角度

2．2．4 从传输介质角度

2．3 本章小结

第3章 片上网络通讯

3．1 通讯特征的相关定义

3．2 应用程序通讯的空间分布测试与分析

3．3 应用程序通讯行为的预测

3．4 VC资源与网络平均延迟的关系

3．5 繁忙通讯的认定

3．5．1 分布式认定

3．5．2 全局式认定

3．6 本章小结

第4章 运行时加速通道建立

4．1 分布式建立策略

4．2 集中式建立策略

4．3 投机预测仲裁

4．4 混合交换机制的路由管道

4．5 混合交换机制的性能收益分析

4．6 本章小结

第5章 仿真实验与结果分析

5．1 实验环境

5．2 实验结果与分析

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果