收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

多核SoC中的片上网络关键技术研究

张庆利  
【摘要】: 随着集成电路制造工艺的进步以及应用需求的增长,未来SoC系统将变得非常复杂,单个芯片上将集成数百个处理核心。对于这样高集成度的复杂多核SoC(MPSoC),核间如何进行通信成为一个关键问题。为未来MPSoC提供一个功耗低、性能高、可扩展性强的片上通信架构,已成为近年来研究的热点。 传统的片上通信结构(如片上总线)由于可扩展性差、能量效率低、带宽小等诸多限制不再适合未来MPSoC的通信需求,基于通信分层设计方法的片上网络(NoC)技术为MPSoC通信问题提供了崭新的解决途径。本文从NoC的分层抽象模型出发,着重对MPSoC通信网络的物理链路层、网络层和系统层的设计与优化进行了研究。本文的主要研究工作包括: 第一,在NoC的物理链路层,提出了一种用于降低全局互连延时与能耗的DISP时间编码技术,它基于一个有效的时间编码电路,能够根据输入的当前状态和早先状态动态构建合适的屏蔽信号,隔离时间上相邻的有效数据,达到消除相邻连线上同时反向翻转和减少耦合翻转次数的目的。在此基础上,又结合BI空间编码减少自翻转次数的特点,给出了一个能量效率更好的BIDISP时空编码技术。其中,设计了一个新颖的多数投票器电路结构,具有速度快、动态功耗低和零静态功耗的优点,对降低BI空间编码器引入的能耗和延时开销具有重要作用。实验结果表明,两种编码技术可以有效减少全局互连的延时和能耗。 第二,在NoC的物理链路层,针对互连优化问题,提出了一种用于全局编码互连总线的中继器插入优化方法,以确定中继器在互连中的合适尺寸和插入位置,使得在满足目标延时和信号斜率要求的同时互连的总能耗最小。优化过程中,采用了一种高效的GA-SQP混合算法,对保证最优解的精度和加快收敛速度起到了很好的效果。基于该方法,可以为DISP和BIDISP编码总线快速获得信号斜率约束下的互连能耗与延时的最佳折中。实验结果表明,与SPICE模拟相比,该优化方法具有90%以上的精度,而且速度加快了约45倍。 第三,在NoC的网络层,针对基本的BE(Best-Effort)通信服务,提出了一种基于虚拟通道的低延迟低功耗的虫孔交换路由器结构。该路由器同时支持确定性和自适应路由算法,简化了自适应路由引入的乱序问题;允许所有的虚拟通道并行参与输出调度,提高了输出调度成功的概率;并将虚拟通道分配与交叉开关分配融合在同一流水级中同时执行,增加了自适应路由判断的准确性;还引入了单个虚拟通道缓存多个数据包的机制,在提高缓存资源利用率的同时降低了网络延迟。此外,提出的虚拟通道分配方案,不仅实现了路由死锁避免,而且将传统5X5的交叉开关减小为两个弱耦合的4X2的交叉开关,降低了硬件资源开销。实验结果表明,该路由器结构能有效降低平均网络延迟、功耗及面积开销。 第四,在NoC的网络层,针对服务质量(QoS)保障问题,提出了一种基于虚电路方式提供QoS硬保障的BE/GS路由器结构。该路由器结构,采用了一种带回退机制的自适应寻路策略,有效提高了分布式建立GS虚连接的成功率;在GS数据传输阶段,采用了一种面向连接的QoS调度算法并理论证明了算法的正确性,该算法通过分布式地动态调整GS连接在每个路由器中的优先级,有效解决了共享同一物理链路的不同GS连接之间的传输冲突问题,从而保障了延迟、带宽和延迟抖动等QoS需求,并支持多种带宽申请,实现了差异化的带宽保障服务。通过给BE通道分配动态优先级和监控GS流量两种方法,改善了BE服务质量,并克服了虚电路方式的资源利用率低缺点。 第五,在NoC的系统层,研究对象已不再是单纯的片上通信网络架构,而是包含了应用软件以及硬件平台(处理核和通信网络架构)的整个多核SoC系统。针对“固”NoC平台,提出了一种面向异构NoC能量最优的软/硬件协同综合算法,以性能需求为约束条件,以包含网络通信功耗及IP核执行功耗的总功耗为优化目标,完成软件(任务分配、任务调度、路径分配)和硬件(PE映射)的协同设计。并对算法综合结果应用动态电压频率调制(DVFS)技术进一步降低系统功耗。利用周期精确的SystemC NoC模拟器验证了算法综合结果的正确性。实验表明,该综合算法在满足应用实时性要求的同时能有效降低系统的能量消耗。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 唐名华;;两种综合流量模式对片上网络性能影响分析[J];广东石油化工学院学报;2011年04期
2 吕耀刚;蒋林;;一种完全自适应片上路由器的设计[J];微电子学与计算机;2011年07期
3 侯宁;张多利;;面向NoC多核芯片组的任务映射算法[J];电子测量与仪器学报;2011年08期
4 许川佩;侯红菊;;基于云自适应粒子群算法的NoC路径分配研究[J];微电子学与计算机;2011年09期
5 许川佩;胡旭;;一种片上网络路由测试方法研究[J];微电子学与计算机;2011年07期
6 易伟;王佳文;潘红兵;李丽;;基于蚁群混沌遗传算法的片上网络映射[J];电子学报;2011年08期
7 桑晓丹;罗兴国;禹春来;陈韬;;求解0-1整数规划问题的混沌遗传算法[J];计算机应用研究;2011年07期
8 桑晓丹;罗兴国;陈韬;谢同飞;;片上网络架构感知映射模型研究与改进[J];计算机应用研究;2011年08期
9 姜俊;韩太林;才华;;基于LN时隙分配方法的多状态虚拟通道设置[J];中国新技术新产品;2011年15期
10 汪健;张磊;王少轩;赵忠惠;陈亚宁;;多核处理器核间高速通讯架构的研究[J];电子与封装;2011年06期
11 宋朝晖;马光胜;宋大雷;;NoC处理单元随机舍入的启发式应用映射[J];计算机辅助设计与图形学学报;2011年07期
12 欧阳一鸣;牛丽义;梁华国;;片上网络通信架构的BIST测试方法[J];电信科学;2011年08期
13 王海琪;董社勤;;面向应用的片上网络的网络拓扑生成算法[J];计算机辅助设计与图形学学报;2011年09期
14 张剑贤;周端;杨银堂;赖睿;高翔;;一种低能耗的片上网络映射算法[J];西安电子科技大学学报;2011年04期
15 王雷;凌翔;胡剑浩;;异构多核协作系统的混沌离散粒子群NoC映射算法[J];计算机科学;2011年09期
16 ;[J];;年期
17 ;[J];;年期
18 ;[J];;年期
19 ;[J];;年期
20 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 付斌章;韩银和;李华伟;李晓维;;针对片上网络(NoC)芯片的单向虚拟测试总线[A];第五届中国测试学术会议论文集[C];2008年
2 蒋勇男;李玉柏;;MESH结构OE路由节点设计[A];中国通信学会第五届学术年会论文集[C];2008年
3 欧阳一鸣;朱兵;梁华国;;一种用于片上网络的自适应路由算法[A];全国第19届计算机技术与应用(CACIS)学术会议论文集(上册)[C];2008年
4 尹凯;宋宇鲲;;基于多核SOC模拟器的程序设计方法及性能分析的研究[A];2008通信理论与技术新进展——第十三届全国青年通信学术会议论文集(上)[C];2008年
5 黄玉玲;许川佩;陈于倩;颜晓凤;;改进粒子群算法的NoC映射研究[A];2010中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2010年
6 张哲;崔莉莉;;一种基于SystemC的片上网络辅助设计工具[A];2009年全国开放式分布与并行计算机学术会议论文集(上册)[C];2009年
7 杨中明;李玉柏;;NOC功耗分析与建模[A];四川省电子学会半导体与集成技术专委会2006年度学术年会论文集[C];2006年
8 杜高明;张多利;高明伦;马亮;耿罗锋;尹勇生;宋宇鲲;;全互连NoC多核体系结构研究[A];全国第19届计算机技术与应用(CACIS)学术会议论文集(上册)[C];2008年
9 王祺;吴宁;葛芬;;片上网络仿真与性能评估[A];全国第19届计算机技术与应用(CACIS)学术会议论文集(上册)[C];2008年
10 苏琦;李玉柏;王坚;;用OPNET实现片上网络仿真[A];2008年中国西部青年通信学术会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张庆利;多核SoC中的片上网络关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
2 刘祥远;多核SoC片上网络关键技术研究[D];国防科学技术大学;2007年
3 朱晓静;片上网络的结构设计与性能分析[D];中国科学技术大学;2008年
4 管旭光;异步片上网络的关键技术研究[D];西安电子科技大学;2011年
5 吴丹;高效能计算型存储器体系结构关键技术研究与实现[D];华中科技大学;2012年
6 李磊;片上网络NoC的通信研究[D];浙江大学;2007年
7 武畅;片上网络体系结构和关键通信技术研究[D];电子科技大学;2008年
8 常政威;网络化MPSoC高能效设计技术研究[D];电子科技大学;2009年
9 周文彪;网格NoC平台中的若干关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
10 葛芬;专用片上网络设计关键技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈青;网络处理器中IX总线的研究与设计[D];西安电子科技大学;2008年
2 董少周;NoC路由算法及仿真模型的设计与研究[D];合肥工业大学;2009年
3 艾真;基于黑总线传输技术的虫洞路由设计[D];电子科技大学;2007年
4 张文婷;NoC系统中双核计算节点的设计与实现研究[D];合肥工业大学;2008年
5 王晓袁;片上网络系统模型[D];西安电子科技大学;2008年
6 蒋勇男;片上网络路由算法及应用研究[D];电子科技大学;2008年
7 李蕾;应用于NoC的小规模PRDT(2,1)布线及路由问题的研究[D];河北工业大学;2006年
8 冯伟;NoC测试端口选择方法与Dmesh结构研究[D];合肥工业大学;2008年
9 李忠琦;面向软件无线电的片上网络关键技术研究[D];电子科技大学;2009年
10 张旭;NoC通信节点设计技术研究[D];西安电子科技大学;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978