片上互連網(wǎng)絡(luò)流控關(guān)鍵技術(shù)分析與實(shí)現(xiàn).pdf

1、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(jì)。隨著處理器核數(shù)的增加，處理器由計(jì)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(kuò)展性，高帶寬等優(yōu)點(diǎn)，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(duì)于管理、分配網(wǎng)絡(luò)資源的流控機(jī)制提出了更高的要求。為此我們針對(duì)片上網(wǎng)絡(luò)流控機(jī)制展開以下研究：
　?。?）虛切通與蟲孔流

2、控機(jī)制之間的量化比較。虛切通作為一種高效的流控機(jī)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(jī)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(jià)的降低，將虛切通流控機(jī)制應(yīng)用于片上網(wǎng)絡(luò)成為可能。為此，我們通過(guò)RTL級(jí)實(shí)現(xiàn)虛切通路由器和蟲孔路由器，并使用Design Compile綜合設(shè)計(jì)，量化比較二者之間的硬件消耗，進(jìn)而評(píng)估虛切通的應(yīng)用前景。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在相同的配置條件下，相對(duì)于蟲孔路由器，虛切通路由器不論是在確

3、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(jì)。
　　（2）支持多種長(zhǎng)度報(bào)文傳輸?shù)奶撉型骺貦C(jī)制。
　　傳統(tǒng)虛切通流控機(jī)制要求所有報(bào)文必須具有相同的切片數(shù)量，但是報(bào)文中大多數(shù)為短報(bào)文，這就需要在這些報(bào)文中添加無(wú)用切片，保證其切片數(shù)量與長(zhǎng)報(bào)文相同。

4、這些無(wú)效報(bào)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(zhǎng)度報(bào)文傳輸?shù)奶撉型骺貦C(jī)制。通過(guò)優(yōu)化仲裁器，使其根據(jù)報(bào)文長(zhǎng)度，動(dòng)態(tài)保持仲裁結(jié)果，保證多種長(zhǎng)度報(bào)文連續(xù)傳輸。然后在信元中添加報(bào)文長(zhǎng)度信息位，優(yōu)化輸出端口信元計(jì)算單元，實(shí)現(xiàn)下游路由器可用緩存數(shù)量的計(jì)算，保證了每次報(bào)文的傳輸，下游有足夠的空間存貯報(bào)文。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)基本對(duì)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

5、下，網(wǎng)絡(luò)的性能得到很大提升。
　?。?）自適應(yīng)剩余跳數(shù)流控機(jī)制。
　　具有不同剩余跳數(shù)的報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)中相互競(jìng)爭(zhēng)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(bào)文需要少量的鏈路資源和較少的傳輸時(shí)間，但是由于相互作用，這些報(bào)文有可能在網(wǎng)絡(luò)停頓更長(zhǎng)時(shí)間，持續(xù)占用緩存資源。如果優(yōu)先傳輸這類報(bào)文，我們能夠減少網(wǎng)絡(luò)總的報(bào)文數(shù)量，從而提升網(wǎng)路性能，但是這會(huì)對(duì)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(bào)文需要更多的鏈路資源，但是由于報(bào)文之

6、間相互影響，使得這些報(bào)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(bào)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(shí)得到提升，由于網(wǎng)絡(luò)中報(bào)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(jī)制。在這種流控機(jī)制中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較輕時(shí)，優(yōu)先傳輸剩余跳數(shù)較多的報(bào)文，提升網(wǎng)絡(luò)的全局公平性，進(jìn)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(bào)文，減少網(wǎng)絡(luò)中報(bào)文數(shù)量，提升網(wǎng)絡(luò)的性