MPSoC-NoC多核體系結(jié)構(gòu)及原型芯片實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究.pdf

1、近年來,以Intcl為代表的國際巨頭紛紛將目光瞄準(zhǔn)了多核技術(shù),并從2005年開始陸續(xù)推出產(chǎn)品,如Intel<'TM>的Intel Core<'TM>2 Duo,AMD<'TM>的AMD Athlon<'TM>64FX均為雙核處理器,SUN<'TM>的Niagara含有8個(gè)處理器核,STI(SONY<'TM>、TOSHIBA<'TM>和IBM<'TM>)的CELL則由9個(gè)處理器核組成,ARM<'TM>公司的MPCQRE由4個(gè)ARM-11處

2、理器組成. 學(xué)術(shù)界則早在2000年就開始了多核SoC(Multi-Processor SoC,MPSoC)和NoC(Nctwork on Chip)的研究,如斯坦福大學(xué)的Netchip項(xiàng)目,曼徹斯特大學(xué)的Marble項(xiàng)目.瑞典皇家技術(shù)學(xué)院的NOCARC項(xiàng)目等.目前,以MPSoC-NoC為代表的多核技術(shù)正在受到越來越多的學(xué)者的關(guān)注. 上述事實(shí)表明,以MPSoC-NoC為代表的多核技術(shù)正在成為下一代集成電路的主流設(shè)計(jì)技術(shù).從

3、SoC時(shí)代開始,集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)成長為"半導(dǎo)體技術(shù)-電子技術(shù)-計(jì)算機(jī)技術(shù)"三個(gè)領(lǐng)域的交叉學(xué)科.隨著時(shí)間的推移,計(jì)算機(jī)技術(shù)將扮演越來越重要的角色,計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)將越來越成為集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新的源頭,系統(tǒng)工程師將越來越成為高端芯片設(shè)計(jì)工程師的主體.多核技術(shù)的出現(xiàn),帶來了集成電路體系結(jié)構(gòu)的根本變革,以馮-諾伊曼體系結(jié)構(gòu)為代表的單核-單總線傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)將逐漸退居二線,一個(gè)嶄新的多核時(shí)代開始了.多核技術(shù)為高端集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)帶來了一個(gè)前所未有的

4、廣闊發(fā)展空間. 本文研究多核技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)及其原型芯片的設(shè)計(jì)、仿真和實(shí)現(xiàn),主要工作如下: (1)提出了5種不同結(jié)構(gòu)的MPSoC-NoC系統(tǒng)模型,同時(shí)從多個(gè)技術(shù)角度對(duì)比分析了5種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn),為MPSoC-NoC系統(tǒng)級(jí)建模技術(shù)做了一些基礎(chǔ)性工作.探討了不同通訊架構(gòu)對(duì)多核系統(tǒng)的整體性能的影響.最后基于BPM分類法建立了,MPSoC-NoC形式化模型; (2)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了單總線結(jié)構(gòu)MPSoC、層次化總線結(jié)構(gòu)MPSoC、全

5、互連結(jié)構(gòu)Ⅱ型NoC和二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)NoC等4種不同體系結(jié)構(gòu)的原型芯片,每種結(jié)構(gòu)的原型芯片都集成了4個(gè)處理器,頻率可達(dá)60Mhz.在此基礎(chǔ)上又升級(jí)設(shè)計(jì)出4核層次化總線MPSoC原型芯片(增加功能IP)、6核全互連Ⅱ型NoC原型芯片和8核二維網(wǎng)格NoC原型芯片,并展開研究了這三種多核結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性問題.分析表明,二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)NoC的可擴(kuò)展性最優(yōu); (3)定量分析了多核原型芯片的性能:首先建立原型芯片的性能測(cè)試環(huán)境,并提出MPSoC-N