片上互連網(wǎng)絡(luò)流控關(guān)鍵技術(shù)分析與實現(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。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：
　?。?）虛切通與蟲孔流

2、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

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。
　　（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。

4、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

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

6、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