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

1、本世紀(jì)初，W.J.Dally等基于大規(guī)模多處理器與分布式計(jì)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(jiǎn)稱NoC)的提出，是為了滿足片上模塊之間通信高帶寬、低延時(shí)的需求，彌補(bǔ)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(kuò)展性差的不足。片上網(wǎng)絡(luò)的基本特征是模塊化設(shè)計(jì)片上互聯(lián)結(jié)構(gòu)，各計(jì)算模塊之間通過(guò)片上的微型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行并行通信，提供高帶寬低延時(shí)，同時(shí)提高可擴(kuò)展性。片上網(wǎng)絡(luò)跟傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有很多相似之處，比如

2、都有路由器、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)因素，但片上網(wǎng)絡(luò)跟傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有很大的不同，它是在單芯片上實(shí)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(lái)的時(shí)鐘周期增長(zhǎng)等問(wèn)題。因此片上網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)是一種問(wèn)題權(quán)衡，關(guān)于開(kāi)銷、復(fù)雜度、性能等設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)衡，設(shè)計(jì)目標(biāo)是在盡可能不增加開(kāi)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(jì)中要考慮更多的開(kāi)銷限制。本文的研究目的就是基于這些限制，設(shè)計(jì)出更適合片上網(wǎng)絡(luò)的

3、拓?fù)浣Y(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?jī)?nèi)容主要分為片上網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能分析兩大部分。其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、路由器調(diào)度算法設(shè)計(jì)、路由算法設(shè)計(jì)等；性能分析主要分析現(xiàn)有的經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)之間的性能優(yōu)劣，如調(diào)度算法、路由算法、流控機(jī)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(tái)，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(jì)，對(duì)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(jí)模擬器，針對(duì)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(jì)性能更有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最終分析評(píng)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)提出三種新型拓?fù)浣Y(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(diǎn)間跳數(shù)，同時(shí)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(gè)哈密頓圈，適合多播或廣播，Rgrid是一個(gè)可擴(kuò)展的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它減小了節(jié)點(diǎn)間平均距離又沒(méi)有引入長(zhǎng)連線，適用于中小規(guī)模的片上網(wǎng)絡(luò)。 其次，本文針對(duì)單通道輸入隊(duì)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(zhǔn)，與round-robin調(diào)度算法相比較，這些算法能夠