【摘要】：片上網(wǎng)絡(luò)(NoC)是一種用于多處理器片上系統(tǒng)(MPSoC)的新型通信方法。該技術(shù)采用基于網(wǎng)絡(luò)通訊的系統(tǒng)架構(gòu),不僅提高了通信效率,而且改善了可擴(kuò)展性。同時(shí),片上網(wǎng)絡(luò)的引入有效地解決了傳統(tǒng)的總線式SoC中出現(xiàn)的全局同步、帶寬受限和功耗等問題。然而,隨著集成電路工藝地逐步發(fā)展,特別是進(jìn)入深亞微米工藝以后,NoC中互連結(jié)構(gòu)引起的串?dāng)_等非理想效應(yīng)帶來了功耗、延時(shí)和可靠性等一系列問題。因此如何設(shè)計(jì)高速低功耗的NoC互連結(jié)構(gòu)成為片上網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)研究的熱點(diǎn)之一。針對NoC中互連的功耗問題,提出了一種新型具有抑制串?dāng)_能力的低功耗編碼——AGM。該編碼的低功耗部分采用在低功耗自校準(zhǔn)編碼(SCG)的基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的GM編碼。同時(shí),為了提高編碼抑制串?dāng)_的能力引入時(shí)間編碼技術(shù)。該編碼的編解碼器結(jié)構(gòu)中還加入了并串/串并轉(zhuǎn)換電路,通過減少互連線數(shù)量的方式降低互連功耗和節(jié)約布線資源。仿真結(jié)果表明,對于32bit隨機(jī)數(shù)據(jù)源,AGM編碼將互連線功耗降低了37.51%。為了進(jìn)一步降低NoC的互連功耗,采用低功耗編碼與低擺幅技術(shù)結(jié)合的設(shè)計(jì)方案。在發(fā)送電路中,先進(jìn)行AGM低功耗編碼,再采用一種基于電荷分享的電容型低擺幅發(fā)送電路(CCS)將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。AGM編碼有效地降低數(shù)據(jù)的翻轉(zhuǎn)率,CCS電路將電容預(yù)加重型技術(shù)和電荷分享型技術(shù)相結(jié)合,不但降低了數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)的擺幅,而且使得信號在“0→1”跳變時(shí)無需從VDD獲取能量,從而使互連線動態(tài)功耗直接減半,同時(shí)該電路還繼承了電容預(yù)加重型電路的高帶寬優(yōu)點(diǎn)。在接收電路中,利用AC耦合電阻反饋反相器(CRFI)將信號偏置在VDD/2附近,同時(shí)轉(zhuǎn)換為RZ脈沖信號。最后通過遲滯比較器將信號還原為全擺幅信號,并通過AGM解碼器還原數(shù)據(jù)信息�；赟MIC 65nm工藝,采用Cadence IC610軟件對其進(jìn)行仿真,結(jié)果表明,CCS電路和AGM編碼結(jié)合的方式能夠有效的降低互連線上的功耗,同時(shí)提高了其抑制串?dāng)_的能力。相比于不使用AGM編碼的全擺幅電路,單獨(dú)使用AGM編碼和CCS低擺幅電路在降低功耗方面分別為40%和72%左右,而采用AGM編碼和CCS低擺幅電路結(jié)合的方式,其功耗下降了82%左右。同時(shí)由于數(shù)據(jù)抑制串?dāng)_能力的提高,數(shù)據(jù)最大傳輸速率進(jìn)一步提高。
[Abstract]:Network on-chip (NoC) is a new communication method for multi-processor system on-chip (MPSoC). The system architecture based on network communication not only improves the communication efficiency, but also improves the expansibility. At the same time, the introduction of on-chip network effectively solves the problems of global synchronization, bandwidth limitation and power consumption in traditional bus SoC. However, with the gradual development of integrated circuit technology, especially after entering deep sub-micron process, non-ideal effects such as crosstalk caused by interconnection structure in NOC have brought a series of problems such as power consumption, delay and reliability. Therefore, how to design high-speed and low-power NoC interconnection structure has become one of the hot topics in the field of on-chip network design. In order to solve the power problem of interconnection in NoC, a novel low power encoding with crosstalk suppression capability is proposed. The low power part of the coding adopts the improved GM code based on the low power self-calibration code (SCG). At the same time, time coding technology is introduced to improve the ability of crosstalk suppression. A parallel serial / series-parallel conversion circuit is also added to the encoder and decoder architecture, which reduces the power consumption and saves the wiring resources by reducing the number of interconnects. The simulation results show that the power consumption of interconnect is reduced by 37.51 for 32bit random data source coding. In order to further reduce the interconnect power consumption of NoC, a design scheme combining low power coding and low swing technique is adopted. In the transmission circuit, AGM low power coding is performed first. Then, a kind of capacitive low swing transmission circuit based on charge sharing (CCS) is used to transmit the data. AGM code can effectively reduce the turnover rate of the data. The CCS circuit combines the capacitive preweighting technology with the charge sharing technology. Not only the swing of data flipping is reduced, but also the signal does not need to obtain energy from VDD during the "0 ~ 1" jump, thus the dynamic power consumption of the interconnect is reduced by half directly. At the same time, the circuit inherits the advantages of high bandwidth of capacitive preweighting circuit. In the receiving circuit, the AC coupling resistor feedback inverter (CRFI) is used to bias the signal near the VDD/2 and to convert the signal to the RZ pulse signal at the same time. Finally, the signal is restored to full swing signal by hysteresis comparator and data information is restored by AGM decoder. Based on SMIC 65nm technology, Cadence IC610 software is used to simulate it. The results show that the combination of CCS circuit and AGM coding can effectively reduce the power consumption on the interconnect and improve its ability to suppress crosstalk. Compared with the full swing circuit without AGM coding, the power consumption of AGM coding and CCS low swing circuit is about 40% and 72% respectively, while that of AGM coding and CCS low swing circuit is about 82%. At the same time, the maximum data transmission rate is further improved because of the improvement of the crosstalk suppression ability of data.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN402

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本文編號：2205735