动态自适应片上网络的设计与评估

【摘要】：随着应用需求越来越丰富，片上多核SoC (Multiprocessor System on Chip,MPSoC)已经成为发展的必然趋势。片上网络为MPSoC提供了带宽高、可扩展性好、功耗低和通讯效率高的片上通讯结构，能够有效地解决了片上核间通讯效率低的问题。同时，片上网络的性能也直接影响着系统的性能、面积和功耗等。 目前，Mesh拓扑是片上网络设计中应用最为广泛的拓扑结构。为了进一步提高NoC的性能以满足现今MPSoC的性能需求，基于Mesh拓扑本文提出了动态自适应片上网络DANoC，其包括拓扑结构和路由算法两个部分。DANoC的拓扑结构基于资源共享机制，相同路由器组的路由器共享一组链路资源，具有拓扑结构简单规则，可扩展性好等优点。DANoC的路由算法由路由器的路由算法和流量控制器的分配算法两部分构成。路由器路由算法采用了经典的XY路由，其算法简单，硬件开销小；而流量控制器的分配算法采用了动态自适应的算法，具有性能高、负载均衡等优点。本文使用Verilog HDL硬件描述语言对DANoC网络进行设计实现，包括：路由器微架构、流量控制器结构。 本文采用一款基于Verilog HDL语言的片上网络性能评估平台对DANoC进行了性能评估。在不同的业务分布下，对DANoC和Mesh拓扑下不同的路由算法进行性能对比。实验结果表明，在相同的仿真环境下，DANoC的通信性能明显优于Mesh拓扑的路由算法。在random、hotspot、transpose、shuffle、butterfly、bit-reversal业务分布下，网络饱和吞吐率分别提高了89.87%、60.26%、145.75%、68.7%、70.76%和134%；网络的无阻塞延迟减少了33%左右。在8×8的网络规模下，本文使用SMIC65nm工艺库对DANoC和Mesh网络进行了综合。与Mesh相比，DANoC的综合后面积仅增加了10%。这表明DANoC在实现高性能网络的情况下硬件额外开销可以忽略不计。