發(fā)布時(shí)間：2020-10-09 11:00

　　 片上網(wǎng)絡(luò)(Network-on-Chip,NoC)是片上多核互連通信的有效解決方案,提高了多核系統(tǒng)的擴(kuò)展性和通信帶寬。然而,隨著工藝的發(fā)展,芯片集成的核心數(shù)目不斷增加,平面NoC結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)延遲和吞吐性能不斷變差。為了克服傳統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)的通信瓶頸,研究人員提出了層次化互連NoC,通過(guò)增加上層路由平面,提供更豐富的傳輸路徑和網(wǎng)絡(luò)資源,使之更適合大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)通信。目前層次化NoC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在以下三方面的問(wèn)題:(1)層次化結(jié)構(gòu)在不同網(wǎng)絡(luò)尺寸下設(shè)計(jì)不靈活、層間流量不均衡;(2)面向性能優(yōu)化時(shí),層次化結(jié)構(gòu)的優(yōu)化探索問(wèn)題;(3)由于增加了多層網(wǎng)絡(luò)資源,層次化結(jié)構(gòu)的開(kāi)銷(xiāo)準(zhǔn)確評(píng)估問(wèn)題。本文針對(duì)以上問(wèn)題,分別從層次化NoC的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及結(jié)構(gòu)開(kāi)銷(xiāo)評(píng)估三個(gè)方面對(duì)層次化NoC結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。論文的主要研究工作如下:e1、針對(duì)現(xiàn)有層次化NoC在不同節(jié)點(diǎn)規(guī)模下設(shè)計(jì)不靈活、層間流量不均衡的問(wèn)題,提出了一種基于參數(shù)分簇的層次化片上網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法(PHNoC)。采用2x2與4x4的Mesh分簇作為各層互連單元,通過(guò)參數(shù)設(shè)定各層的分簇尺寸和層間鏈路數(shù)量,實(shí)現(xiàn)不同節(jié)點(diǎn)規(guī)模下結(jié)構(gòu)的靈活設(shè)計(jì);同時(shí)設(shè)計(jì)了可實(shí)現(xiàn)層間流控的無(wú)死鎖路由算法,采用跨層流控參數(shù)實(shí)現(xiàn)層間的流量控制。PHNoC結(jié)構(gòu)使得網(wǎng)絡(luò)延時(shí)和吞吐性能顯著提升,在較大規(guī)模256節(jié)點(diǎn)時(shí),非均勻流量模式下,PHNoC的結(jié)構(gòu)相比2Dmesh結(jié)構(gòu)延時(shí)降低18.76%,吞吐提升18.57%。2、現(xiàn)有層次化NoC多為經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu),為了有效探索層次化NoC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)空間,面向低延時(shí)的目標(biāo),提出一種面向時(shí)延的層次化Mesh NoC結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法(LAHNS)。首先基于PHNoC建立了層次化結(jié)構(gòu)的參數(shù)模型,基于此模型和流量概率分布建立了網(wǎng)絡(luò)端到端延時(shí)解析模型,作為優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù),最后通過(guò)模擬退火算法進(jìn)行優(yōu)化,快速搜索得到設(shè)計(jì)空間中延時(shí)最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)組合。實(shí)驗(yàn)表明,延時(shí)解析模型準(zhǔn)確度可達(dá)98%以上,在均勻和非均勻流量模式下,優(yōu)化算法可有效降低層次化Mesh NoC延時(shí),且系統(tǒng)規(guī)模越大效果越明顯。3、針對(duì)采用傳統(tǒng)分析方法評(píng)估層次化NoC面積開(kāi)銷(xiāo)不精確的問(wèn)題,提出基于路由節(jié)點(diǎn)度分類(lèi)的層次化Mesh互連結(jié)構(gòu)面積開(kāi)銷(xiāo)評(píng)估模型(NDCB)。根據(jù)路由節(jié)點(diǎn)度與路由位置相關(guān)的特點(diǎn),分別建立了路由、鏈路統(tǒng)計(jì)模型;進(jìn)而利用業(yè)界芯片面積開(kāi)銷(xiāo)模型——Orion,獲得精確的網(wǎng)絡(luò)面積開(kāi)銷(xiāo)模型。實(shí)驗(yàn)和ISE綜合結(jié)果表明,相比傳統(tǒng)計(jì)算方法,NDCB模型具有較好的準(zhǔn)確性;此外,兩層的Mesh結(jié)構(gòu)資源在256節(jié)點(diǎn)內(nèi)增加10%,而三層時(shí)增加20%,因此在層次化NoC設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮資源和性能的折中。
【學(xué)位單位】：解放軍信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類(lèi)】：TN47
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景與意義
        1.1.1 片上網(wǎng)絡(luò)概述
        1.1.2 層次化NoC結(jié)構(gòu)研究意義
    1.2 層次化NoC結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀
    1.3 層次化NoC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題
    1.4 論文主要內(nèi)容和章節(jié)安排
        1.4.1 論文主要內(nèi)容
        1.4.2 論文章節(jié)安排
第二章 層次化NoC結(jié)構(gòu)相關(guān)技術(shù)
    2.1 片上網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
    2.2 NoC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)探索和優(yōu)化
    2.3 片上網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)性能測(cè)試技術(shù)
        2.3.1 NoC拓?fù)湫阅軠y(cè)試
        2.3.2 常見(jiàn)空間分布合成流量
        2.3.3 Rent流量模型
    2.4 層次化NoC實(shí)現(xiàn)與資源開(kāi)銷(xiāo)
    2.5 小結(jié)
第三章 一種基于參數(shù)分簇的層次化片上網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法
    3.1 分簇結(jié)構(gòu)
    3.2 參數(shù)分簇層次化Mesh NoC設(shè)計(jì)方法
        3.2.1 參數(shù)分簇
        3.2.2 PHNoC參數(shù)化設(shè)計(jì)方法
        3.2.3 層次化無(wú)死鎖路由算法(PHXY)
    3.3 PHNoC結(jié)構(gòu)特性與資源對(duì)比分析
        3.3.1 結(jié)構(gòu)特性
        3.3.2 資源開(kāi)銷(xiāo)與復(fù)雜度
    3.4 仿真實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證
        3.4.1 仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
        3.4.2 仿真結(jié)果分析
    3.5 本章小結(jié)
第四章 面向延時(shí)的層次化片上網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法
    4.1 層次化Mesh設(shè)計(jì)空間參數(shù)模型
        4.1.1 層次化Mesh參數(shù)模型
        4.1.2 層次化無(wú)死鎖路由算法
    4.2 三種尺寸參考Ref結(jié)構(gòu)
    4.3 層次化Mesh NoC延時(shí)解析模型
        4.3.1 模型假設(shè)
        4.3.2 路由器分層排隊(duì)時(shí)延
        4.3.3 層次化Mesh分層傳輸延時(shí)
    4.4 面向延時(shí)的NoC結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法
        4.4.1 優(yōu)化問(wèn)題與優(yōu)化流程
        4.4.2 模擬退火算法
        4.4.3 優(yōu)化結(jié)果與時(shí)間
    4.5 仿真驗(yàn)證
        4.5.1 延時(shí)模型的準(zhǔn)確性驗(yàn)證與分析
        4.5.2 優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能對(duì)比分析
    4.6 本章小結(jié)
第五章 基于節(jié)點(diǎn)度分類(lèi)的層次化片上網(wǎng)絡(luò)面積開(kāi)銷(xiāo)評(píng)估模型
    5.1 NoC資源分析模型-Orion
    5.2 層次化NoC中路由節(jié)點(diǎn)度分類(lèi)
        5.2.1 層次化Mesh參數(shù)模型
        5.2.2 NoC路由器基于節(jié)點(diǎn)度分類(lèi)
    5.3 基于節(jié)點(diǎn)度分類(lèi)的開(kāi)銷(xiāo)分析模型
        5.3.1 模型假設(shè)
        5.3.2 路由器和鏈路數(shù)量模型
        5.3.3 基于Orion模型的路由器和鏈路面積
    5.4 實(shí)驗(yàn)與分析
        5.4.1 仿真平臺(tái)
        5.4.2 模型準(zhǔn)確性驗(yàn)證
        5.4.3 傳統(tǒng)評(píng)估方法對(duì)比
        5.4.4 層次化Mesh NoC開(kāi)銷(xiāo)評(píng)估
    5.5 本章小結(jié)
第六章 結(jié)束語(yǔ)
    6.1 主要工作及結(jié)論
    6.2 研究展望
致謝
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)歷

【參考文獻(xiàn)】

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1 孔峰;韓國(guó)棟;沈劍良;簡(jiǎn)剛;;一種基于Mesh結(jié)構(gòu)的新型層次化片上網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[J];電子與信息學(xué)報(bào);2014年10期

本文編號(hào)：2833604