隨著納米工藝的發(fā)展,以及集成電路的設(shè)計(jì)方法、生產(chǎn)技術(shù)、芯片封裝和測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步,晶體管的尺寸越來(lái)越小,單個(gè)芯片上集成的晶體管的數(shù)量成倍增長(zhǎng)。大規(guī)模集成電路,以及超大規(guī)模集成電路（Very Large Scale Integration）已經(jīng)成為嵌入式系統(tǒng)和多處理器系統(tǒng)發(fā)展的主要方向。片上多處理器系統(tǒng)（Many-core Systems）的設(shè)計(jì)框架成為現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì),也是應(yīng)用最廣泛的超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)。作為最有潛力的下一代片上多處理器系統(tǒng)架構(gòu),基于片上網(wǎng)絡(luò)的眾核系統(tǒng)（Network-on-Chip,簡(jiǎn)稱(chēng)NoC）互聯(lián)結(jié)構(gòu)能夠提供超強(qiáng)大的并行處理能力、高帶寬的片上數(shù)據(jù)傳輸能力、高效的計(jì)算和通信資源利用率以及系統(tǒng)良好的可擴(kuò)展性,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于高性能嵌入式系統(tǒng)。處理器單元個(gè)數(shù)不斷上升以滿(mǎn)足任務(wù)運(yùn)行的性能需求。然而,芯片上密集的處理器運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的功耗密度急劇上升,將會(huì)導(dǎo)致處理器的溫度升高,進(jìn)而影響芯片的熱可靠性,進(jìn)而嚴(yán)重威脅芯片的壽命。因此,芯片上集成的處理單元無(wú)法在同一時(shí)間全部開(kāi)啟或者運(yùn)行在高效率的狀態(tài)下,其中一部分不得不被關(guān)閉以保證溫度可靠性,這就是所謂的暗硅現(xiàn)象。針對(duì)暗硅片上... 

【文章來(lái)源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

眾核系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程

遲等，發(fā)展成為最具有前途的下一代片上眾核系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（MultiprocessorSystem-on-Chip，簡(jiǎn)稱(chēng)MPSoC）設(shè)計(jì)方案。針對(duì)當(dāng)下深度學(xué)習(xí)應(yīng)用中計(jì)算和數(shù)據(jù)傳輸對(duì)系統(tǒng)的性能帶來(lái)的前所未有的挑戰(zhàn)，Xilinx在2019年發(fā)布了片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)產(chǎn)品VersalPlatform[1,2]，作為首個(gè)自適應(yīng)計(jì)算加速平臺(tái)（AdaptiveComputeAccelorattionPlatform，簡(jiǎn)稱(chēng)ACAP），采用片上網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)將可適配性的多核系統(tǒng)（Adaptive/MulticoreProcessingSystem）、人工智能（ArtificialIntelligence，簡(jiǎn)稱(chēng)AI）加速引擎、復(fù)雜信號(hào)處理和可編程的適配引擎等互聯(lián)。圖1.2眾核系統(tǒng)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)發(fā)展過(guò)程Fig.1.2Thedevelopmentoftheinterconnectionofmany-coresystems基于片上網(wǎng)絡(luò)的眾核系統(tǒng)具有芯片集成度高、計(jì)算并行性高、數(shù)據(jù)交互延遲低、系統(tǒng)能耗低、設(shè)計(jì)驗(yàn)證方法簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。然而，隨著片上處理器核心的個(gè)數(shù)不斷增長(zhǎng)，片上網(wǎng)絡(luò)眾核系統(tǒng)的設(shè)計(jì)面臨著來(lái)自芯片功耗密度、編程復(fù)雜度、系統(tǒng)可擴(kuò)展性、芯片的熱可靠性、片上通信管理等諸多方面的挑戰(zhàn)。其中，快速增長(zhǎng)的處理器核心數(shù)量所帶來(lái)的功耗密度上升成為限制其性能發(fā)展的瓶頸。加之，在芯片封裝技術(shù)、散熱技術(shù)和外部供電能力有限的情況下，芯片上集成的大量晶體管導(dǎo)致高密度的熱量分布、芯片過(guò)熱或過(guò)功耗負(fù)載將會(huì)造成數(shù)據(jù)損壞、計(jì)算錯(cuò)誤等。系統(tǒng)的可靠性將會(huì)降低，導(dǎo)致不愉快的用戶(hù)體驗(yàn)，甚至產(chǎn)生意外和事故，以至于嚴(yán)重影響到例如航空航天和醫(yī)療等具有高復(fù)雜度、高準(zhǔn)確性和高可靠性的計(jì)算。因此，在有限的空間內(nèi)，處理器的功耗過(guò)高已成為半導(dǎo)體制造尺寸進(jìn)一步微縮的主要障礙，并且嚴(yán)重威脅到密集計(jì)算、移動(dòng)設(shè)備更加微型化以及超級(jí)電腦的持續(xù)開(kāi)發(fā)等重要的發(fā)展領(lǐng)域。另一方面，傳統(tǒng)的方法中，針對(duì)片上網(wǎng)絡(luò)眾核系統(tǒng)單一地優(yōu)化系統(tǒng)的性能和

基于片上網(wǎng)絡(luò)的眾核系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化總體概述Fig.1.3TheoverviewoftheNoCdeisgnandsystemoptimization


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