一种二维片上网络路由器的设计实现

片上网络(Network on Chip, NoC)作为解决众核芯片互连的主流方案,其性能很大程度上取决于网络的拓扑结构。而网络拓扑结构的效能受到网络路由器的直接影响。因此,基于特定拓扑结构的路由器设计实现具有非常重要的研究意义。因此将XY路由算法应用于路由器节点中,设计了基于2D Mesh拓扑结构、轮询仲裁机制与虫孔交换流控的片上网络路由器,并使用Modelsim对路由器进行了功能验证。实验结果表明,设计的路由器能满足微片数据的处理,能够正确的收发数据包。     

低功耗片上网络路由器设计

针对片上网络路由器功耗问题,在系统级层次上对影响路由器功耗的虚通道数目、缓存深度和数据微片位数等关键因素进行了研究。提出了综合多种功耗关键因素以及虚拟通道共享交叉开关输入端口的功耗降低方法,设计实现了一种低能耗的NoC路由器。实验结果表明,与Alpha 21364路由器和IBM InfiniBand路由器相比,所设计的路由器具有较低的功耗。     

全定制交叉节点队列片上路由器

多核技术已经成为现在芯片发展的主流,片上路由器成为核间通信的主要方式。在半导体技术进入深亚微米阶段,对于片上路由器的时延、面积和功耗等性能提出了更高的要求。大量文章研究新型路由器结构以满足高性能路由器的要求。根据排队论模型对交叉节点队列路由器进行了Matlab建模仿真,确定了队列深度为4及轮询算法在交叉节点队列路由器中能获得更加平衡的性能。然后,提出了交叉节点队列路由器的各主要模块结构,并以此设计了各模块RTL电路。最后,使用FreePDK45nm工艺库,对所设计的交叉节点队列路由器进行了全定制版图设计与仿真。在工作温度70℃,电源电压1．1V条件下,该路由器关键路径时延为0．271ns,版图总面积为84500μm2,平均功耗为267．5438mW。     

一种基于二步流控方法的片上动态虚通道路由器

片上硅面积和功耗受到严重限制,报文缓冲区容量也受到严重限制,如何高效使用报文缓冲区是NoC设计的关键问题之一.动态划分虚通道缓冲区是高效使用报文缓冲区的有效方法之一,但会增加拥塞程度,甚至出现无限拥塞的情况.提出一种基于二步流控方法的片上动态虚通道(DAVC)路由器,该二步流控方法将报文分成报文头和报文体两部分分别运用流控算法.实验结果表明:与静态虚通道(SAVC)片上路由器相比,在缓存容量相等的情况下,DAVC路由器能提高23.2%的吞吐率,传输延迟降低27.2%;在DAVC缓存容量减半的情况下可获得相近的性能,节省28.3%的面积与23.8%的漏电流功耗.     

基于虚拟通道非均匀分布的路由算法

随着片上系统(systems on chip,SoC)集成度的提高,IP核之间的通信成为SoC急需解决的问题。近年来提出的片上网络(network on chip,NoC)是解决SoC通信问题的一种有效方法。虚拟通道和路由算法是NoC设计中的关键技术,对NoC的延时、吞吐量等性能有重要的影响。根据NoC负载分布特点,提出一种新的虚拟通道非均匀分布技术VCND。该技术在Mesh内部使用虚拟通道,在边界上使用非虚拟通道,从而减少缓冲单元的数量。同时提出一种改进的无死锁路由算法CXY(combination XY)。仿真结果表明,与XY路由算法和XY-YX路由算法相比,CXY路由算法提高了网络吞吐量,并降低了网络平均延时;相比虚拟通道均匀分布技术,VCND技术能够以较小的吞吐量和网络延时损失获得可观的缓冲单元利用率提升,并减少了路由器的面积。     

基于虚拟输出队列的新型NoC架构

提出一种基于虚拟输出队列的新型NoC架构,采用虚拟输出队列技术解决传统环形架构中存在的死锁和队头阻塞问题。通过改变环数、发包速率和Buff深度对系统进行性能评估,并与2D Mesh进行比较。实验结果表明,当节点数为16时,Buff深度为2个~4个flit大小的新型双环NoC架构性能较好。     

片上网络路由节点优化设计

针对虚输出队列结构的路由节点所构成的片上网络(NoC),提出了一种定制化路由节点中各个虚拟通道缓存大小的方法,以提高片上网络的整体通信性能。在有限的片上缓存资源约束下,分析各个虚输入队列中缓存大小对数据通过片上网络的平均延迟的影响,并在此基础上提出一种缓存资源配置方法,以便将缓存资源分配到片上网络通信瓶颈处,从而在不增加缓存资源开销的情况下提高片上网络的通信性能。最后通过仿真验证了路由节点优化设计对提高片上网络性能的可行性,并同未优化的路由节点构成的片上网络性能进行了比较。     

一种改进的BFT 型片上网络拓扑结构

针对片上网络(NoC)资源节点之间通信的局部性,提出改进的蝴蝶型胖树(BFT)拓扑结构XBFT及相应的路由算法.该结构在BFT结构的基础上改变边的连接关系,减少了路由节点数和物理连接链路数,理论分析表明,在64个IP核的NoC中,XBFT较BFT路由器数目减少了14.3％,物理链路数减少了10.7％,XBFT结构比BF...     

一种可配置双向链路的片上网络容错偏转路由器

随着CMOS工艺进入纳米时代,工艺尺寸的不断缩小增加了集成电路对瞬态故障与永久故障的敏感性.在片上网络中提供容错支持对于提高单芯片多处理器片上数据传输的可靠性至关重要.为了处理片上网络中的瞬态故障与永久故障链路,提出一种可配置双向链路的容错偏转路由器BiFTDR.相邻BiFTDR路由器之间采用一对可配置方向的双向链路互连,根据链路的故障状态和路由器的到达包信息对双向链路的方向进行动态配置,在单向链路故障的情况下不需要绕道路由即可实现容错,并且不需要路由表从而降低了路由器的硬件实现开销.模拟结果表明,在合成通信模式下,网络中包含5条和15条永久故障链路的情况下,BiFTDR路由器的包平均延迟比一种基于强化学习的容错偏转路由器分别少10%和19%;在真实应用运行踪迹通信模式下,与无故障网络的包平均延迟相比,BiFTDR路由器的性能损失不到1%.对于瞬态故障,即使在高故障率下BiFTDR路由器的性能下降程度也较小.在65 nm工艺下对BiFTDR路由器进行综合,能达到500 MHz的时钟频率,并且具有较小的面积和功耗开销.     

一种异构片上网络路由算法的研究

随着集成电路工艺的迅速发展,传统的片上网络由于缓存引起芯片面积开销和能耗增加,从而使得无缓存路由技术得到了广泛关注。通过消除缓存, 整体的流水线进程大大得到简化,性能得到提高。但当网络负载量较大时,数据包被多次偏转或误传,导致网络的延迟增加,系统健壮性较差。针对片上网络运行应用的多样性,异构网络作为一种相对灵活的网络结构,能有效地降低网络的传输时延,提高系统性能。文中设计了无缓存NoC和带缓存NoC两种路由方式相结合的异构片上网络,并匹配静态路由算法和动态的自适应路由算法(AFC)进行数据包的传输。同时,还提出了一种针对AFC的优化算法(AFC-LP),其通过对无缓存路由计算的二次仲裁,进一步降低了通信的平均时延,提高了网络性能。实验表明,AFC-LP算法相比于传统带缓存的维序X-Y路由算法,片上网络的平均延迟降低了28.4%,CPU每一时钟周期内所执行的指令数IPC(Instruction Per Cycle)提升了10.4%。     

支持服务质量的片上网络路由器设计

系统芯片的复杂应用使得片上互连成为系统性能的瓶颈,因此出现了以片上网络为核心的通信结构,而路由器是片上网络的关键部件,它完成数据在片上网络拓扑结构上的传输.设计了支持服务质量的片上网络路由器.采用面向连接的细粒度数据交换方式为确保通信服务提供严格的端对端延迟需求,采用无连接的数据交换方式支持尽力而为通信服务,同时采用均衡片上通信负载的路由算法,有效地提高了平均通信性能.     

千兆交换路由器的虚拟路由集群技术

IP已经成为大部分骨干网络产品的路由协议,在用户对网络的要求很高的情况下,如何提高网络的有效性显得尤为重要。本文探讨了利用虚拟路由集群技术,应对路由器和与之相联的局域网连接失败时如何保证网络的畅通,以提高网络的有效性。     

NoC中基于路径树的无冲突测试调度方法

在复用片上网络(No C)架构作为测试访问机制对No C内嵌核进行测试时,如果有多个I/O接口并行测试就容易发生资源的冲突.为了解决多区域并行测试的资源冲突问题,提出一种无链路冲突的测试调度方法.首先使用分区算法将网络划分多个区域,然后使用链路分配算法对节点建立路径树来查找可连通路径,最后全局考虑各个区域的连通路径来分配链路使所有区域都连通,从而避免资源冲突、减少测试时间、保证测试可靠性.实验结果表明,相对于基准对象,该方法可减少测试时间14.13%~52.62%,比已有算法的测试时间最多减少了16.42%,是一种较优的无冲突测试调度方法.     

基于电压岛的能量和可靠性感知NoC映射

面向支持电压岛的NoC平台,定义了可靠性约束下的能量感知NoC映射问题,提出一种基于禁忌搜索的优化方法.设计了一种新的能效变化率驱动的启发式算法,嵌套于NoC设计空间的搜索过程中,在IP核映射解的基础上实现各电压岛的电压映射.实验结果表明,本文算法可显著降低NoC能耗,并高效地确保NoC通信的可靠性要求.     

交换机和路由器一体化的设计与实现

宽带社区接入网是下一代网络研究的主要领域之一。RBISN(社区宽带综合业务网络)研究使用交换式以太网提供电视、IP电话和Internet接入服务,边缘路由设备必不可少。该文分析了该环境下的通信量,在对可用的方案进行对比的基础上,提出了将智能二层VLAN交换机和VLAN路由器一体化的方案。随后给出其模型和设计,加以实现以证明其可行性。     

具有拥塞缓解策略的动态虚拟通道研究及其VLSI实现

虚拟通道技术改善了片上网络性能,却带来了巨大的面积与功耗开销.通过分析静态虚拟通道的不足,提出了基于拥塞缓解策略的动态虚拟通道结构.它采用链表方式组织缓冲,可以自动调整通道结构来适应各种流量负载:在较低流量下,该结构扩展通道队列深度,减小了报文传输延迟;在较高流量下,它增加虚拟通道数量,消除队列头阻塞与通道不足阻塞,并缓解拥塞现象发生,减少流反馈次数,提高了网络吞吐率.在90nm CMOS工艺下完成了DVC路由器的VLSI设计,与传统路由器相比,不仅改善了报文传输延迟与吞吐率,而且有效降低了面积与功耗开销.     

光网络中波长转换器的优化放置问题求解

基于分层图模型,提出了一种的简化的计算具有波长转换器光网络中光链路阻塞率的数学模型和公式,并应用于遗传算法的迭代函数,通过遗传算法对波长转换器在光网络中的优化放置问题进行求解,分析了波长转换器的最优放置和波长转换器的最小使用数量。通过在美国自然科学基金网(NSFNet)的仿真模拟,得出了使用部分和全部波长转换时的网络阻塞特性。     

基于虫洞路由的无HoL阻塞环形架构

提出一种基于虫洞路由的无HoL阻塞环形片上互联网络架构,实现了在不消耗太多资源的前提下,用一级流水线以类虚拟输出队列的方式完全消除队头阻塞和死锁。评估不同参数下该环形架构的性能,与CELL EIB等环形实现相比,该架构以单数据包仅11周期最小延时的性能明显优于其他环形架构,同时最大吞吐率达到25.6 Gb/s。     

LCFAA:一个低代价的完全自适应路由算法

大规模并行处理机系统（ＭＰＰ）中路由算法对互联网络通信性能和系统性能起着重要作用。自适应路由算法具有灵活性好、网络的通道利用率高和网络容错能力强等优点,但其实现难度较大,因而目前仅在少数ＭＰＰ系统中得以实现。文中在ｍｅｓｈ结构上提出了一个低代价无死锁的安全自适应最短虫孔路由算法ＬＣＦＡＡ,该算法所需虚通道数少,具有代价低、自适应性强的特点。文中证明了算法的无死锁、无活锁性和完全自适应性,并模拟验证