本文關(guān)鍵詞：片上互連網(wǎng)絡(luò)流控關(guān)鍵技術(shù)分析與實現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 片上網(wǎng)絡(luò) 流控機制 虛切通 蟲孔路由 可變長度 自適應(yīng) 剩余跳數(shù)

【摘要】：目前,多核和眾核技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于高性能處理器設(shè)計。隨著處理器核數(shù)的增加,處理器由計算密集型向通信密集型轉(zhuǎn)變,不斷增加的通信壓力,便成為限制提升處理器性能的關(guān)鍵因數(shù)。片上互連網(wǎng)絡(luò)具有高可擴展性,高帶寬等優(yōu)點,已經(jīng)成為解決多核和眾核處理器通信瓶頸的有效方式。但是受制于功耗和面積等約束,片上網(wǎng)絡(luò)硬件資源十分有限,這就對于管理、分配網(wǎng)絡(luò)資源的流控機制提出了更高的要求。為此我們針對片上網(wǎng)絡(luò)流控機制展開以下研究:(1)虛切通與蟲孔流控機制之間的量化比較。虛切通作為一種高效的流控機制,被廣泛地應(yīng)用于片外網(wǎng)絡(luò)。但是由于消耗大量的緩存,虛切通流控機制很難應(yīng)用于片上網(wǎng)絡(luò)。隨著晶體管特征尺寸的縮小,緩存代價的降低,將虛切通流控機制應(yīng)用于片上網(wǎng)絡(luò)成為可能。為此,我們通過RTL級實現(xiàn)虛切通路由器和蟲孔路由器,并使用Design Compile綜合設(shè)計,量化比較二者之間的硬件消耗,進而評估虛切通的應(yīng)用前景。實驗結(jié)果表明:在相同的配置條件下,相對于蟲孔路由器,虛切通路由器不論是在確定性路由方式還是自適應(yīng)路由方式情況下都消耗更少的面積和功耗;在相似的分配結(jié)構(gòu)下,虛切通路由將關(guān)鍵路徑減少了27%。而且虛切通路由的分配結(jié)構(gòu)在面積方面表現(xiàn)出更好的魯棒性。這些特性使得虛切通路由器非常適應(yīng)于高維度,大規(guī)模片上網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。(2)支持多種長度報文傳輸?shù)奶撉型骺貦C制。傳統(tǒng)虛切通流控機制要求所有報文必須具有相同的切片數(shù)量,但是報文中大多數(shù)為短報文,這就需要在這些報文中添加無用切片,保證其切片數(shù)量與長報文相同。這些無效報文不僅占用緩存資源,而且占用大量鏈路資源,堵塞網(wǎng)絡(luò),使得網(wǎng)絡(luò)性能降低。為此,我們提出一種支持多種長度報文傳輸?shù)奶撉型骺貦C制。通過優(yōu)化仲裁器,使其根據(jù)報文長度,動態(tài)保持仲裁結(jié)果,保證多種長度報文連續(xù)傳輸。然后在信元中添加報文長度信息位,優(yōu)化輸出端口信元計算單元,實現(xiàn)下游路由器可用緩存數(shù)量的計算,保證了每次報文的傳輸,下游有足夠的空間存貯報文。實驗結(jié)果表明,該設(shè)計基本對于路由器的關(guān)鍵路徑?jīng)]有影響。在犧牲少量的面積和功耗開銷的情況下,網(wǎng)絡(luò)的性能得到很大提升。(3)自適應(yīng)剩余跳數(shù)流控機制。具有不同剩余跳數(shù)的報文在網(wǎng)絡(luò)中相互競爭網(wǎng)絡(luò)資源,影響網(wǎng)絡(luò)的吞吐率和全局公平性。剩余跳數(shù)少的報文需要少量的鏈路資源和較少的傳輸時間,但是由于相互作用,這些報文有可能在網(wǎng)絡(luò)停頓更長時間,持續(xù)占用緩存資源。如果優(yōu)先傳輸這類報文,我們能夠減少網(wǎng)絡(luò)總的報文數(shù)量,從而提升網(wǎng)路性能,但是這會對網(wǎng)絡(luò)全局公平性產(chǎn)生負(fù)面影響。剩余跳數(shù)多的報文需要更多的鏈路資源,但是由于報文之間相互影響,使得這些報文不能獲得鏈路使用權(quán),網(wǎng)絡(luò)的鏈路的使用效率降低。如果優(yōu)先傳輸這種報文,網(wǎng)絡(luò)的全局公平性將得到提高,網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率同時得到提升,由于網(wǎng)絡(luò)中報文數(shù)量不能夠有效的減少,網(wǎng)路的性能降低。為此,我們提出一種自適應(yīng)剩余跳數(shù)的網(wǎng)絡(luò)流控機制。在這種流控機制中,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較輕時,優(yōu)先傳輸剩余跳數(shù)較多的報文,提升網(wǎng)絡(luò)的全局公平性,進而提升網(wǎng)絡(luò)的資源利用效率。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重,優(yōu)先傳輸剩余跳數(shù)少的報文,減少網(wǎng)絡(luò)中報文數(shù)量,提升網(wǎng)絡(luò)的性能。通過模擬仿真得出,自適應(yīng)剩余跳數(shù)流控機制能夠提升網(wǎng)絡(luò)的全局公平性和網(wǎng)絡(luò)的性能。綜上所述,本文圍繞著片上網(wǎng)絡(luò)的流控機制開展研究,探討虛切通流控機制在片上網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景,然后優(yōu)化傳統(tǒng)的虛切通流控機制,最后通過分析報文之間的相互影響,提出一種全新的、自適應(yīng)的剩余跳數(shù)流控機制。本文不僅具有很高的工程實用價值,更具有一定的理論研究意義。
【關(guān)鍵詞】：片上網(wǎng)絡(luò) 流控機制 虛切通 蟲孔路由 可變長度 自適應(yīng) 剩余跳數(shù)
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN47;TP332
【目錄】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第一章 緒論13-24
• 1.1 背景13-16
• 1.1.1 無法避免的多核時代14-15
• 1.1.2 傳統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)的不足15-16
• 1.1.3 片上互連網(wǎng)絡(luò)16
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-20
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀17-20
• 1.3 課題的研究意義和目標(biāo)20-21
• 1.4 主要研究內(nèi)容21-23
• 1.4.1 虛切通與蟲孔流控機制之間的量化比較21-22
• 1.4.2 支持多種長度報文傳輸?shù)奶撉型骺貦C制22
• 1.4.3 自適應(yīng)剩余跳數(shù)流控22-23
• 1.5 論文的組織結(jié)構(gòu)23-24
• 第二章 片上互連網(wǎng)絡(luò)24-33
• 2.1 片上網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識24-26
• 2.1.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)24-25
• 2.1.2 路由算法25
• 2.1.3 流控機制25-26
• 2.2 路由器的微體系結(jié)構(gòu)26-28
• 2.2.1 輸入端口（Input Port）26-27
• 2.2.2 虛擬通道分配器（Virtual Channel Allocation）27
• 2.2.3 交叉開關(guān)分配器（Switch Allocation）27
• 2.2.4 交叉開關(guān)（Crossbar）和輸出端口（Output Port）27-28
• 2.3 經(jīng)典流控機制28-30
• 2.3.1 存儲轉(zhuǎn)發(fā)流控機制28
• 2.3.2 虛切通流控機制28-30
• 2.3.3 蟲孔路由流控機制30
• 2.4 模擬工具以及測試方法30-32
• 2.4.1 booksim2.0 模擬器31
• 2.4.2 RTL-router和Design Compile31-32
• 2.5 本章總結(jié)32-33
• 第三章 虛切通與蟲孔流控機制之間的量化比較33-45
• 3.1 引言33-34
• 3.2 研究動機34-35
• 3.3 蟲孔流控機制35-38
• 3.3.1 輸入端口設(shè)計35-36
• 3.3.2 虛擬通道分配器（Virtual Channel Allocation）36
• 3.3.3 交叉開關(guān)分配器（Switch Allocation）36-38
• 3.3.4 輸出端口（Output Port）38
• 3.4 虛切通流控機制38-40
• 3.4.1 輸入端口38-39
• 3.4.2 仲裁單元39
• 3.4.3 輸出端口39-40
• 3.5 基于局部自適應(yīng)的路由算法40
• 3.6 實驗結(jié)果40-44
• 3.6.1 面積開銷40-42
• 3.6.2 關(guān)鍵路徑和功耗開銷42-44
• 3.7 本章總結(jié)44-45
• 第四章 支持多種長度報文傳輸?shù)奶撉型骺貦C制45-54
• 4.1 引言45-46
• 4.2 研究動機46-47
• 4.3 支持變長報文傳輸?shù)奶撉型骺貦C制設(shè)計47-50
• 4.3.1 支持變長報文傳輸?shù)闹俨梅绞?/span>47-49
• 4.3.2 剩余存儲空間計算49-50
• 4.4 實驗設(shè)計50-51
• 4.5 實驗結(jié)果51-53
• 4.5.1 硬件開銷51-53
• 4.6 本章總結(jié)53-54
• 第五章 自適應(yīng)剩余跳數(shù)的流控機制54-65
• 5.1 引言54-55
• 5.2 不同剩余跳數(shù)報文之間的相互作用55-57
• 5.3 自適應(yīng)剩余跳數(shù)流控機制設(shè)計57-61
• 5.3.1 非線性權(quán)重概率仲裁器57-58
• 5.3.2 在確定性網(wǎng)絡(luò)中PPSR和PPLR的設(shè)置58-59
• 5.3.3 在自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中PPSR和PPLR的設(shè)置59-60
• 5.3.4 自適應(yīng)剩余跳數(shù)流控機制的轉(zhuǎn)化機制60-61
• 5.4 實驗方法61
• 5.5 實驗結(jié)果61-64
• 5.5.1 吞吐率61
• 5.5.2 平均接受率61-62
• 5.5.3 全局公平性分析62-64
• 5.6 本章總結(jié)64-65
• 第六章 結(jié)束語65-68
• 6.1 工作總結(jié)65-66
• 6.2 研究展望66-68
• 致謝68-70
• 參考文獻70-75
• 作者在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果75

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10 歐陽s，

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