交叉开关

摘要： 为了实现光纤通道交换机中不同长度多优先级信元的联合调度,提出并实现了一种支持变长信元的基于CROSSBAR交换结构的多优先级输入排队调度策略,以支持关键数据能以最快的速度被调度转发.通过采用虚拟输出队列(VOQ)机制、CROSSBAR交换结构以及流水线设计来提高光纤通道交换机的性能.使用FPGA对光纤通道交换机实现了文章所提出的调度策略并进行了测试,实现的光纤通道交换机最多支持6个不同优先级,支持信元长度为16～2148字节的联合调度.

摘要： Crossbar is an important part of the router in network-on-chip, when it breaks down, the data can't be transmitted to the next hop which will cause waste of resources and influence the performance of entire network. Considering faults of crossbar internal component including Demultiplexers, internal links and Multiplexers, in order to make full use of available resources of crossbar, this article proposes a fine-grained crossbar fault-tolerant design which can achieve the diversity of fault-tolerant path. Firstly, the data arrive to Demultiplexer, seeing the fault information table, and then choosing a trouble-free Demultiplexer orderly for data transmitting when there is fault. Secondly, the data arrive to internal links through Demultiplexer, choosing a suitable fault-tolerant link from the fault information table in the same way. Finally, the data ar-rive to Multiplexer. When faults occur, the data can be transmitted to the output port by the extra Multiplexer. Experimental results show that under the condition of the failure rate increase gradually, compared to com-parative methods, our scheme can reduce average network latency by 6%~36%, increase throughput rate by 6.7%~27.7%, and the fault-tolerant effect will not decrease significantly with increasing failure rate.%在片上网络中,交叉开关是路由器的重要组成部分,当其出现故障会导致数据无法传到下一跳,易造成资源浪费,影响整个网络的性能.对此,通过详细考虑交叉开关中数据分配器、内部链路以及数据选择器的故障情况,充分利用交叉开关的可用资源,提出交叉开关细粒度容错设计方案,实现容错路径的多样性.当数据到达数据分配器时,查看故障信息表,若存在故障则顺序选择一个无故障的数据分配器传输数据;当数据经过数据分配器传至内部链路时,若存在链路故障,同样查找故障信息表快速选择合适的容错链路进行传输;最后数据到达数据选择器,若此时数据选择器出现故障,数据则经过额外的数据选择器到达输出端口.实验结果表明,故障率逐渐增大的时候,该方案比已有方法平均延时降低了6%~36%,吞吐率提高了6.7%~27.7%,且容错效果不会随着故障率增大而显著下降.

摘要： 基于VOQ的 crossbar交换结构在高速互联网络中应用十分广泛。现有的VOQ调度算法以迭代方式工作，通常分为三步：请求、授权和接受。通过将仲裁合并到请求步骤，可以省略接受步骤，用来实现两步迭代匹配算法。提出了一种适用于两步迭代匹配算法的高效硬件实现结构，并进行了大量的仿真。仿真结果显示，两步迭代匹配算法可以达到与三步迭代匹配算法类似的性能。%Virtual output queued ( VOQ) crossbar switches have been widely used as high speed intercon-nects . Existing practical VOQ scheduling algorithms work in an iterative manner and each iteration usually includes three steps:request,grant and accept. By incorporating arbitration into the request step the ac-cept step can be eliminated,and two-step iterative matching can be achieved. We also propose a hard-ware efficient implementation for the two-step iterative matching algorithms,and conduct extensive simu-lations. The simulation results demonstrate that two-step algorithms have almost the same performance as that of three-step algorithms.

摘要： 针对现有拓扑网络路由节点传输数据时跳数过多，网络直径大和负载不均匀等问题，采用一种多点专用通道（ MECS）拓扑网络结构，在XY方向采用广播方式，使源地址到目的地址最多经过2个路由器节点。在原基础上对输入缓冲区用虚拟通道改进，输出端用交叉开关调度控制并行执行，同时对需要实时通信的业务进行优先传输，达到了缩短网络直径，降低功耗的目的。用Modelsim仿真可知，实现了减少平均时延，提高吞吐量，而且提高了网络性能和服务质量的目的。%In order to solve the problems of too many hops in the routing node of the existing network to-pology, the longer network diameter and the imbalance load, a new MECS Topology Network, which broadcasts in the XY direction, is used.So the data from source address to the target address are only through a maximum of two router nodes.We adopt the form of input buffer with a virtual channel based on the original and the output buffer under the crossbar scheduling control so they can execute in a paral-lel way, while the business can prioritize the transmission of real-time communication and reduce power consumption.The Modelsim simulation shows that the Routing Node can achieve a shorter average delay, increase throughput, improve the network performance and quality of service.

摘要： 针对因路由器内部输入缓存和交叉开关故障引起的可靠性及网络拥塞问题，提出一种故障感知的RVOQ容错架构设计方案.首先在输入端口处增加冗余虚通道进行输入缓存故障的容错设计，通过故障信息的反馈和仲裁算法使得数据选择有效的路径进行传输；然后修改交叉开关的架构，增加多路选择开关和相应控制模块，输入数据优先考虑本地数据链路，故障情况下选择冗余路径进行数据传输.实验结果表明，在故障数为3时，该方案比已有方法的时延降低了11%~53.1%；在网络出现多个故障、面临网络重负载时，仍然能够保证系统的高可靠性以及传输性能.%Aiming at the reliability and congestion problems caused by the faults occurring in input buffer and crossbar of the router, this article proposes a fault-tolerant and fault-aware RVOQ router design to toler-ate fault. Firstly, this article adds a redundant virtual channel in each input port to tolerate input buffer faults, through the feedback of fault information and arbitration algorithm, our fault-tolerant architecture design can ensure data select valid path to transmit. Secondly, this article modifies the crossbar architecture, by adding a multi-channel selection switch and corresponding control modules, input data gives priority to the local data channel, when faults occur, the data select redundant path to transmit. The experimental results show that, compared to the reference documentation, our proposed scheme has 11%−53.1% less average network la-tency in the presence of 3 faults under uniform traffic pattern. Our scheme has obvious advantage and en-sures the high-reliability and low-latency of the entire network when congestion and faults occur.

摘要： 为减少嵌入式系统片上多核互连网络的动态能耗,提出了一种基于频繁交换值的多核交叉开关节能方法.利用片上多核互连网络中值的局部性,设计了频繁交换值缓存(FEVC),通过减少互连链路上的通信量和位变换数,有效降低了片上交叉开关互连网络的动态能耗.为达到最佳节能效果,通过实验确定了FEVC中保存的值的个数.实验结果表明与原系统相比,在单独使用频繁交换值缓存,只保存4个数据值时可以实现节能13%,结合翻转码算法可使节能比例达到20%.

摘要： The Internet growth coupled with the vaxiety of multicast services is creating an increasing need for multicast traffic support by routers and packet switches. However, the traditional crossbar-based multicast scheduling schemes are unable to meet the needs of high-speed switching for the low performance and high implementation complexity. In this paper, a Two-Stage Multicast Switch (TSMS) is proposed, which is a serial combination of a Multicast To Unicast (MTU) switch to copy input cells from various sources simultaneously and a Combined Input and Output Queueing (CIOQ) switch to deliver copies of multicast cells to their final destinations. Based on MTU switch, a novel Largest Fanout Cardinal Number First-Uniform Middle Buffer Allocation (LFCNF-UMBA) scheduling algorithm is designed to determine how to copy multicast cells into unicast cells. By coordinately using Maximal Matching scheduling algorithm in CIOQ switch, it is proved that speedup of 2 -2/(N+1) is necessary and 2 is sufficient for a M×N TSMS to achieve 100% throughput under any admissible multicast traffic pattern, which is also verified by the simulation results.%在路由器或交换机的交换结构中实现组播是提高组播应用速度的重要途径之一.传统的交叉开关结构(crossbar)组播调度方案有两种缺陷,一种是性能较低,另一种是实现的复杂度太高,无法满足高速交换的需要.该文提出了一个新的基于交叉开关的两级组播交换结构(TSMS),第1级是组播到单播的交换结构,第2级是联合输入和输出排队(CIOQ)交换,并为该结构设计了合适的最大扇出排队(FCN)优先-均匀分配中间缓存调度算法(LFCNF-UMBA).理论分析和仿真实验都显示在该结构中,加速比低于2- 2/(N+1)倍时吞吐率不可能实现100％；而采用LFCNF-UMBA调度算法,2倍加速比就可保证在任意允许(admissible)组播的吞吐率达到100％.

摘要： The roaring growth of multimedia data demands cost-effective storage solutions in urgent, so that a near-line storage system based on crossbar switch was presented. High-capacity SATA disk array was used in this system instead of tape library, and connects on-demand with the host was implemented through the crossbar switch instead of manipulator. The storage system model was proposed. The hardware and firmware design of crossbar switch matrix, scheduling policy of the host, address-planning of system port, hardware port and internal switch were respectively introduced. The prototype system showed that the proposed system could meet the demand for massive multimedia data storage.%针对多媒体数据的爆炸式增长急需高性价比的存贮解决方案,提出了一种基于交叉开关的近线存贮系统.该系统利用大容量的SATA硬盘阵列取代机械手控制的磁带库,通过交叉开关矩阵切换实现与主机按需连接.给出了存贮系统的模型,对交叉开关矩阵的硬件和固件设计、主机调度策略的设计思想、系统端口编址、硬盘端口编址、内部开关编址分别进行了阐述.原型系统验证本系统可以很好地满足多媒体业务的需求.

摘要： In recent years, Multi-core architectures have been the mainstream design of the processors as well as the mainstream processing platform of various communication and multimedia applications. The communication structure becomes one of the core technologies of Multi-core processors. The efficiency of communication between the inter-core is the key indicator of Multi-core processor performance. There are three main types of communication ar- chitecture ： Bus system, Cross-bar network and On-Chip Network. Bus structure designs have the advantages of con- venience, low hardware consumption and low cost. Cross-bar design is suitable for the switching network structure of building large-capacity systems. On-Chip Network is larger and more sophysicated on-chip network, which can com- pletely solve the problem of Multi-core architecture and therefore becomes one of the most promising solutions for the Multi-core system. The paper discusses the principle, system structure and function of the NOC communication ar- chitecture and presents the realization of some units.%多核处理器已经成为处理器的主流，并发展成为各种通信与媒体应用的主流处理平台。通讯结构是多核系统中的核心技术之一，核问通信的效率是影响多核处理器性能的重要指标。目前有3种主要的通讯架构：总线系统结构、交叉开关网络和片上网络。总线结构设计相对方便、硬件消耗较少、成本较低；交叉开关是适合用于构建大容量系统的交换网络结构；而片上网络是更高层次、更大规模的片上网络系统，目前可以解决多核体系结构问题，是多核系统最有前途的解决方案之一。文中在分析了NoC结构的基本原理、系统结构和功能的同时，也提供了部分单元的设计实现。

摘要： 本文针对在FPGA上实现的处理大数据问题的异构处理器原型系统，进行了数据通路性能测试和分析，并根据算法和原型系统特点重新设计了交叉开关，对新实现了交叉开关的系统同样进行了性能的测试，通过多个测试负载参照对比并且和原型系统性能对比给出了更为全面的性能分析。最后通过性能分析，发现新系统的瓶颈在interface处，这也是作者下一步需要优化的工作。

摘要： 高吞吐率一直是高性能路由器设计的重要目标之一,在高阶路由器设计中尤为重要.传统的研究通常都集中于研究饱和状态下的交叉开关或路由器吞吐率优化.本文中提出一种新的设计思路,指出当交叉开关处于非饱和状态时,可以非常容易地获得很高的相对吞吐率,因而,如果将路由器内部交叉开关的输入概率降低,使其始终处于非饱和状态,则路由器可以获得很高的整体吞吐率.文中给出了两种降低路由器内部交叉输入概率的交换结构,基于多信道划分的交换结构和基于输出端口划分的交换结构,测试结果表明,两种交换结构都可以获得很高的整体吞吐率.

摘要： NoC作为SoC的下一代主流技术已经得到了快速的发展,然而设计一个高性能、低延时、资源占用少的NoC依然是个难点.本文提出了一种两个流水线级的NoC路由器架构,通过采用超前路由计算、以非推测性手段融合虚通道分配阶段和交叉开关分配阶段,减少传统路由器的流水阶段,从而改善了路由器的通信时延,为实现低延时的NoC设计提供了参考.

摘要： 深入分析国产计算机系统发展趋势,提出自主研制安全芯片组的必要性与重要意义.针对国产安全平台的发展要求,提出一种集成PCIE交叉开关、可信计算模块、多媒体子系统及智能维护管理部件的安全芯片组结构,对实现的关键技术进行了阐述.对IO芯片的发展趋势进行了归纳总结.基于标准的PCIE总线接口，可实现与各种具备PCIE接口的处理器芯片对接，实现计算机整机系统的外围扩展。同时，结合商密算法，本文在密码与计算的融合提升系统可信可控方面进行了一些探索。发展集成电路是要提升国力，在美国商务部对中国限售至强处理器等事件的影响下，芯片国产化必将加速，也要不断在国产芯片组的研发上进行创新，在符合标准IO规范的情况下，进一步融合密码技术，增加数据安全保障。

摘要： 开关网络模块是新一代航空电子系统数据网络的核心单元,提供新一代战机前端传感器区、信号处理区、数据处理区和后端显示器区的高速数据传输与交换.文中从新一代航空电子系统数据网络发展趋势及需求的角度出发,介绍了开关网络模块的设计和实现.开关网络模块对一般交换结构进行了优化,采用M21131交叉开关构成容错的交换结构,采用命令序列和优先级排队实现了交叉开关的管理,能够满足新一代航空电子系统数据网络高速率、高可靠和低延迟等需求.

摘要： GalNet-Ⅱ结构是Galileo公司为快速以太网交换机设计的混合信元交叉开关结构,本文首先对几种快速以太网交换机体系结构进行分析,进而详细讲述了GalNet-Ⅱ结构的GY60-1快速以太网交换机的设计与实现及其在实现中的一些关键技术.

摘要： 该文比较了共享总线同交换总线的不同结构。由于带宽的限制，共郭总线形成系统的瓶颈，而交换总线的可伸缩性使它能得到很高的汇聚带宽。以服务器为例，调整串行连接和交叉开关是目前技术发展的趋势。描述了一种速率为1.25Gbps的，点到点背板样机的实现，其误码率达1E-12。

摘要： 本文对多处理器的互连技术与结构进行了分析与研究,并针对多个嵌入式信号处理器的互连应用,讨论了处理器系统互连的具体实现方式。根据分析结果,本文最后对互连技术与结构的发展趋势进行了展望。

摘要： 本文对多处理器的互连技术与结构进行了分析与研究,并针对多个嵌入式信号处理器的互连应用,讨论了处理器系统互连的具体实现方式。根据分析结果,本文最后对互连技术与结构的发展趋势进行了展望。

摘要： 本文对多处理器的互连技术与结构进行了分析与研究,并针对多个嵌入式信号处理器的互连应用,讨论了处理器系统互连的具体实现方式。根据分析结果,本文最后对互连技术与结构的发展趋势进行了展望。

摘要： 本公开涉及自修复点积引擎。一种DPE忆阻器交叉开关阵列系统包括多个分区忆阻器交叉开关阵列。所述多个分区忆阻器交叉开关阵列中的每一个包括主忆阻器交叉开关阵列和后备忆阻器交叉开关阵列。所述后备忆阻器交叉开关阵列包括在数学上与所述主忆阻器交叉开关阵列内的值相关的值。另外，所述多个分区忆阻器交叉开关阵列包括耦接到所述多个分区忆阻器交叉开关阵列的共享模拟电路块。所述共享模拟电路块用于确定由所述多个分区忆阻器交叉开关阵列中的至少一个分区忆阻器交叉开关阵列生成的电压值的点积值。

摘要： 本文公开均衡路由的方法、网络互连系统、交叉开关装置及芯片。均衡路由的方法包括：N个路由器接收路由请求并缓存在各自的缓存池中；其中，N个路由器的输出端口与M个仲裁器的输入端口交叉连接，形成N*M条路由路径；N≥2；M≥2；在连续N个处理周期内，N个路由器从各自的缓存池中筛选路由请求并发送至对应的仲裁器；其中，不同的路由器筛选的路由请求发送至不同的仲裁器以使任意一个仲裁器在一个处理周期内至多接收到一个路由器发送的路由请求。本文的技术方案能够提高路由转发的效率和网络吞吐量。

摘要： 本发明提供一种优先级分组轮询仲裁器及其仲裁方法、交叉开关和芯片。该优先级分组轮询仲裁器包括至少二组输入端口、一个输出端口、至少二个组内轮询仲裁电路和一个组优先控制电路；其中每一个组内轮询仲裁电路与一组输入端口连接，每一组输入端口包括至少二个输入端口，各组内轮询仲裁电路顺次连接并均与组优先控制电路和输出端口连接；每一个组内轮询仲裁电路，响应于组优先控制电路发出的优先级控制信号或者前一个组内轮询仲裁电路发出的仲裁失败信号，对与其连接的输入端口接收到的请求进行仲裁，将仲裁出的请求传输至输出端口发送出去或者向后一个组内轮询仲裁电路发出仲裁失败信号。本发明可以在较小的时间片内有效保证片上系统的负载均衡。

摘要： 本文公开片上交叉开关系统及芯片。片上交叉开关系统包括：N个输入端口、M个输出端口和级联的第一交叉开关单元组和第二交叉开关单元组；第一交叉开关单元组包括n个a*b结构的第一交叉开关单元，第二交叉开关单元组包括m个c*d结构的第二交叉开关单元；n个第一交叉开关单元的第一输入端口与N个输入端口一一对应连接，m个第二交叉开关单元的第二输出端口与M个输出端口一一对应连接，任意第一交叉开关单元的b个第一输出端口分别连接至b个不同的第二交叉开关单元的第二输入端口，任意第二交叉开关单元的c个第二输入端口分别连接至c个不同的第一交叉开关单元的第一输出端口。本文的方案能降低布线复杂度及缩短信号时延。

摘要： 本发明提出一种可配置交叉开关电路及基于其的卷积运算电路，可配置交叉开关电路包括运算单元阵列前侧的读交叉开关阵列和运算单元阵列前侧的写交叉开关阵列；输入特征图导入输入存储器堆，经过读交叉开关阵列输入运算单元阵列，运算单元阵列将计算出的输出特征图，经过写交叉开关写入输出存储器堆，每个周期同列读开关和同行写开关均最多仅有一个开关闭合。基于本发明的卷积运算电路进行二维卷积运算，输入特征图数据仅需导入片上存储器一次，即可完成二维卷积运算，不需要反复把输入特征图数据导入存储器，也不需要把输入特征图数据在存储器之间进行传输，提高了二维卷积计算的性能、降低了能耗。

摘要： 本公开涉及用于柔性电导交叉开关的系统。提供了用于实现混合电阻器‑忆阻器交叉开关阵列的系统，该混合电阻器‑忆阻器交叉开关阵列允许在实现神经网络的权重矩阵中使用柔性电导。混合电阻器‑忆阻器交叉开关阵列可以包括电阻器交叉开关，每个电阻器具有静态电导值。混合电阻器‑忆阻器交叉开关阵列还可以具有耦接至与电阻器交叉开关阵列相关联的输出线的忆阻器，其中忆阻器具有可变电导值，以及进一步地，其中静态电导值和可变电导值被设置以计算与神经网络的权重矩阵相关联的矩阵‑向量乘法。神经网络的权重矩阵的系数的期望范围可以由离散变换余弦(DCT)给定。相应地，电阻器交叉开关阵列中的电阻器的静态电导值被设置成等于DCT的已知系数的值。

摘要： 提供了基于压缩截断奇异值分解(C‑TSVD)的交叉开关阵列装置和使用该装置的模拟乘积累加(MAC)操作方法。基于C‑TSVD的交叉开关阵列装置可以包括：在m×n矩阵中的原始交叉开关阵列，具有行输入线和列输出线并且包括电阻存储器设备的单元；或者通过基于C‑TSVD分解原始交叉开关阵列获得的两个部分交叉开关阵列；模数转换器(ADC)，其转换经过阵列划分获得的子阵列的列输出线的输出值；加法器，其将ADC的结果求和以对应于列输出线；以及控制器，其控制原始交叉开关阵列或两个部分交叉开关阵列的应用。输入值被输入到行输入线，权重被乘以输入值，并且累加的结果作为列输出线的输出值被输出。

摘要： 本发明提供一种优先级分组轮询仲裁器及其仲裁方法、交叉开关和芯片。该优先级分组轮询仲裁器包括至少二组输入端口、一个输出端口、至少二个组内轮询仲裁电路和一个组优先控制电路；其中每一个组内轮询仲裁电路与一组输入端口连接，每一组输入端口包括至少二个输入端口，各组内轮询仲裁电路顺次连接并均与组优先控制电路和输出端口连接；每一个组内轮询仲裁电路，响应于组优先控制电路发出的优先级控制信号或者前一个组内轮询仲裁电路发出的仲裁失败信号，对与其连接的输入端口接收到的请求进行仲裁，将仲裁出的请求传输至输出端口发送出去或者向后一个组内轮询仲裁电路发出仲裁失败信号。本发明可以在较小的时间片内有效保证片上系统的负载均衡。

摘要： 本文公开片上交叉开关系统及芯片。片上交叉开关系统包括：N个输入端口、M个输出端口和级联的第一交叉开关单元组和第二交叉开关单元组；第一交叉开关单元组包括n个a*b结构的第一交叉开关单元，第二交叉开关单元组包括m个c*d结构的第二交叉开关单元；n个第一交叉开关单元的第一输入端口与N个输入端口一一对应连接，m个第二交叉开关单元的第二输出端口与M个输出端口一一对应连接，任意第一交叉开关单元的b个第一输出端口分别连接至b个不同的第二交叉开关单元的第二输入端口，任意第二交叉开关单元的c个第二输入端口分别连接至c个不同的第一交叉开关单元的第一输出端口。本文的方案能降低布线复杂度及缩短信号时延。

摘要： 本文公开均衡路由的方法、网络互连系统、交叉开关装置及芯片。均衡路由的方法包括：N个路由器接收路由请求并缓存在各自的缓存池中；其中，N个路由器的输出端口与M个仲裁器的输入端口交叉连接，形成N*M条路由路径；N≥2；M≥2；在连续N个处理周期内，N个路由器从各自的缓存池中筛选路由请求并发送至对应的仲裁器；其中，不同的路由器筛选的路由请求发送至不同的仲裁器以使任意一个仲裁器在一个处理周期内至多接收到一个路由器发送的路由请求。本文的技术方案能够提高路由转发的效率和网络吞吐量。