緩存共享的容錯NoC設計.pdf

1、片上網(wǎng)絡(Network-on-Chip, NoC)作為一個新的設計方法被提出，它彌補了片上系統(tǒng)(System-on-Chip, SoC)帶來的一系列問題:可擴展性差、總線通訊效率低、單一時鐘同步等。NoC采用全局異步——局部同步的通訊機制，不僅有良好的可擴展性和可預測性，還提供了高帶寬的并行通訊能力。
　　 隨著對NoC不斷深入的研究，給設計者們引入了新的機遇和挑戰(zhàn)，例如功耗和穩(wěn)定性。為了獲得高性能的片上網(wǎng)絡，大量的緩存被利用

2、到片上網(wǎng)絡通信中，造成了緩存冗余和功耗泄露。并且，研究發(fā)現(xiàn)當片上網(wǎng)絡中緩存達到一定數(shù)目時，片上網(wǎng)絡的性能并不是隨著緩存隊列數(shù)目的增加而線性增長的，反而對整個網(wǎng)絡造成負面影響。研究表明片上網(wǎng)絡中所有路由器的緩存隊列占據(jù)了整個網(wǎng)絡緩存的60％左右，緩存在時間和空間上利用率低，從而導致了大量的功耗泄漏，更重要的是路由器中的緩存隊列不能共享嚴重造成了功耗浪費。因此，本文對通用路由器內(nèi)部結構進行優(yōu)化，設計出緩存共享的路由器。該路由器減少計算單元(

3、Processing Element，PE)輸入物理通道的緩存隊列，使其與其他端口的輸入物理通道的緩存隊列共享，提高了緩存的利用率，降低功耗和硬件開銷。
　　 基于緩存共享的路由器，本文提出了容錯的路由算法。由于片上網(wǎng)絡體系結構對路由節(jié)點的錯誤很敏感，一旦有鏈路或者路由器出現(xiàn)問題，核之間的通信就不能得到保證。尤其隨著片上網(wǎng)絡IP核的增加，路由器和鏈路故障會對整個網(wǎng)絡造成不可想象的災難。所以路由算法是否具有容錯能力影響整個體系結構

4、的穩(wěn)定性。本文提出了一個融合緩存共享路由器的容錯路由算法，該算法在PE輸入物理通道分別與X維、Y維輸入物理通道緩存共享的情況下，通過動態(tài)閾值來控制整個網(wǎng)絡的擁塞，在最短路徑中選擇沒有故障和擁塞度相對較小的路徑，將數(shù)據(jù)包從源節(jié)點發(fā)送到目的節(jié)點，改善了整個網(wǎng)絡的延遲，提高了穩(wěn)定性，在一定程度上降低了功耗開銷。
　　 最后，本文利用周期精確的Noxim模擬器，在三種不同的流量模式下，分別對本文的路由算法、XY路由算法和DyAD路由算法