片上网络自适应VOQ路由器设计及头阻塞问题研究

摘要

受片上资源的限制，片上网络的发展面临着严峻的挑战，拥塞管理即是其中之一，然而拥塞本身并不是难题，影响恶劣的是由拥塞带来的头阻塞问题，只有完全消除头阻塞的影响，网络的性能才有保障。因此，本文针对片上网络面临的头阻塞问题，从降低头阻塞出现的可能性和消除头阻塞的影响两方面进行相关研究。论文主要工作如下:
　　(1)针对片上网络的拥塞问题进行管理，从源头上降低头阻塞发生的可能性，本文设计了自适应VOQ路由器架构。在输入缓冲区将去往不同输出方向的数据包分开放置，消除第一类头阻塞的影响，通过使用头微片顺带传播的机制，在路由计算模块依据拥塞状况自适应地选择输出方向，在硬件上实现了VOQ架构下的自适应路由。VOQ的机制、自适应路由数据包，两者共同作用，可以大大降低片上网络中出现头阻塞的可能性。
　　(2)针对VOQ机制下片上网络中仍存在的头阻塞问题，本文设计了头阻塞可消除的VOQ路由器。保持VOQ机制的特性不变，设计了混合结构的双向先进先出队列，自适应地读取单个队列中的数据包，选择下游路径不拥塞的流量优先进入网络流通。下游路径的拥塞状况信息使用头微片顺带传输的机制传播，通过创新交叉开关仲裁模块，在不增加流水阶段的情况下，实现自适应读取数据包。VOQ的机制、自适应读取单队列中的数据包，两者共同作用，可以消除片上网络中头阻塞问题的恶劣影响。
　　(3)实验仿真分析基于混合双向队列的自适应VOQ路由器的网络性能。实验结果表明，在可接受的面积和功耗开销下，相较于基准的虚通道路由器和传统的VOQ路由器，本文方案均衡了网络负载，网络平均延时更低，网络吞吐量更高，大幅提升了网络性能。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 NoC的研究背景

1．1．1 NoC的产生

1．1．2 NoC的特点

1．1．3 NoC的优势

1．2 NoC中头阻塞问题

1．2．1 头阻塞问题研究的必要性

1．2．2 头阻塞问题研究的现状

1．3 本文主要研究内容

1．3．1 本文的设计目标

1．3．2 本文创新点

1．4 论文结构安排

第二章 NoC中路由器架构及buffer组织形式

2．1 虚通道路由器

2．1．1 虚通道路由器架构

2．1．2 虚通道路由器流水阶段

2．2 VOQ路由器

2．2．1 VOQ路由器架构

2．2．2 VOQ路由器流水阶段

2．3 2-stage自适应路由器

2．3．1 2-stage自适应路由器流水阶段

2．3．2 2-stage自适应路由器架构

2．4 NoC中的buffer组织形式

2．4．1 头阻塞的定义

2．4．2 集中式管理buffer

2．4．3 分布式管理buffer

2．5 本章小结

第三章 NOC中自适应VOQ路由器架构设计

3．1 问题的提出

3．2 拥塞信息传播机制

3．2．1 拥塞度量值

3．2．2 头flit顺带传播

3．3．1 整体架构图

3．3．2 流水阶段

3．4 自适应VOQ路由器详细设计

3．4．1 端口选择模块

3．4．2 LARC具体操作

3．4．3 自适应的拓展

3．5 结束语

第四章 头阻塞可消除的VOQ路由器设计

4．1 问题的提出

4．2 Single VOQ和Multiple VOQ路由器

4．3．1 整体架构图

4．3．2 流水阶段

4．4 头阻塞可消除的VOQ路由器详细设计

4．4．1 buffer组织形式的创新

4．4．2 SA1具体操作

4．5 结束语

第五章 实验与总结

5．1．1 路由器整体架构

5．1．2 流水阶段

5．2 实验仿真分析

5．2．1 实验模式

5．2．2 实验环境与参数配置

5．2．3 网络性能评估

5．2．4 面积与功耗开销

5．3 论文工作总结

5．4 未来展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况