片上網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能分析.pdf

1、本世紀初，W.J.Dally等基于大規(guī)模多處理器與分布式計算網(wǎng)絡(luò)提出了片上網(wǎng)絡(luò)這一概念。片上網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)結(jié)構(gòu)(Network on Chip，簡稱NoC)的提出，是為了滿足片上模塊之間通信高帶寬、低延時的需求，彌補傳統(tǒng)片上總線互聯(lián)結(jié)構(gòu)中串行總線通信帶寬低、可擴展性差的不足。片上網(wǎng)絡(luò)的基本特征是模塊化設(shè)計片上互聯(lián)結(jié)構(gòu)，各計算模塊之間通過片上的微型網(wǎng)絡(luò)進行并行通信，提供高帶寬低延時，同時提高可擴展性。片上網(wǎng)絡(luò)跟傳統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)有很多相似之處，比如

2、都有路由器、拓撲結(jié)構(gòu)等設(shè)計因素，但片上網(wǎng)絡(luò)跟傳統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)有很大的不同，它是在單芯片上實現(xiàn)的微型網(wǎng)絡(luò)，要充分考慮功耗和面積限制，以及復(fù)雜連線帶來的時鐘周期增長等問題。因此片上網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計是一種問題權(quán)衡，關(guān)于開銷、復(fù)雜度、性能等設(shè)計標準的權(quán)衡，設(shè)計目標是在盡可能不增加開銷和復(fù)雜度的前提下，提高通信性能。 由于片上網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有上述差異，在片上網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計中要考慮更多的開銷限制。本文的研究目的就是基于這些限制，設(shè)計出更適合片上網(wǎng)絡(luò)的

3、拓撲結(jié)構(gòu)、路由器結(jié)構(gòu)及其相關(guān)算法，從而使得片上網(wǎng)絡(luò)得到更好地應(yīng)用，使得包含片上網(wǎng)絡(luò)的單片多處理器等片上系統(tǒng)得到更優(yōu)的系統(tǒng)性能。 本文的研究內(nèi)容主要分為片上網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能分析兩大部分。其中結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計、路由器調(diào)度算法設(shè)計、路由算法設(shè)計等；性能分析主要分析現(xiàn)有的經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)設(shè)計之間的性能優(yōu)劣，如調(diào)度算法、路由算法、流控機制等。內(nèi)容具體分為三大部分，第一部分主要包括緒論、研究現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)、研究平臺，即第一章、第二章

4、和第三章；第二部分內(nèi)容為片上網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計，對應(yīng)第四章和第五章；第三部分是性能分析與論文總結(jié)，包括第六章和第七章。 本文的研究方法主要是：基于Popnet與Godson用戶級模擬器，針對現(xiàn)有經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在片上應(yīng)用的不足，設(shè)計性能更有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最終分析評估它們的性能優(yōu)劣。 本文的主要研究成果如下： 首先，基于經(jīng)典拓撲結(jié)構(gòu)提出三種新型拓撲結(jié)構(gòu)Xmesh，Storus和Rgrid，其中Xmesh在Mesh結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加

5、了若干互聯(lián)線從而減小節(jié)點間跳數(shù)，同時增大了網(wǎng)絡(luò)的理想吞吐量，適用于小規(guī)模片上網(wǎng)絡(luò)，Storus以Torus結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，在網(wǎng)絡(luò)中增加了兩個哈密頓圈，適合多播或廣播，Rgrid是一個可擴展的拓撲結(jié)構(gòu)，它減小了節(jié)點間平均距離又沒有引入長連線，適用于中小規(guī)模的片上網(wǎng)絡(luò)。 其次，本文針對單通道輸入隊列路由器提出了三種基于round-robin的調(diào)度算法，分別以三種不同的權(quán)值作為調(diào)度基準，與round-robin調(diào)度算法相比較，這些算法能夠