三维片上网络研究综述

三维片上网络以其更短的全局互连、更高的封装密度、更小的体积等诸多优势,已引起国内外学术界和产业界的高度重视.对三维片上网络的研究,将直接影响一个国家未来三维集成电路和三维芯片产业的发展,也关系到国家安全.近年来,三维片上网络逐渐成为片上网络研究领域的一个重要方向,已取得了许多研究进展,但仍然存在许多挑战性的课题.对三维片上网络的基本问题作了简介;分析了三维片上网络在国内外的研究现状;讨论了三维片上网络研究中的关键问题,归纳出网络拓扑结构、路由机制、性能评估、通信容错、功耗、映射、测试、交换技术、服务质量、流量控制、资源网络接口等12类研究课题;分类综述了关键问题的研究进展;分析了三维片上网络存在的问题;指出,在三维片上网络拓扑结构方面:个性化拓扑结构设计、仿真平台研究开发、基于新型拓扑结构的三维芯片样片试制以及无线技术的引入等,在路由算法方面:适合3D Torus的路由算法、结合无关路由与自适应路由算法优点的新路由算法、适合各种新型拓扑结构的高效路由算法等,在性能评估方面:永久故障的容错、改进仿真程序增加对物理链路的建模、充分考虑通信的局部性等,在功耗方面:对拓扑结构/映射算法/路由算法和布局进行综合优化、动态和静态控制相结合、更为精确的3D NoC功耗模型等,在映射方面:发热均匀性、动态路由策略下映射评估模型的优化、低功耗映射算法、基于优化算法的组合映射等,都将是三维片上网络未来的重要研究课题.     

三维片上网络高维超立方裂变拓扑结构研究

三维片上网络是解决片上网络通讯瓶颈的重要途径,拓扑结构是三维片上网络研究中的关键问题之一。针对高维超立方拓扑结构节点度迅速增加,出现通讯瓶颈的问题,提出一种高维超立方裂变拓扑结构,该拓扑在同等网络规模下具有网络直径短、可扩展性强等优点。以五维超立方裂变拓扑结构为例进行了仿真实验,并与3D Mesh拓扑结构进行了对比分析:当两种拓扑结构在均匀负载状态下达到饱和时,五维超立方裂变拓扑结构的吞吐量比3D Mesh拓扑结构高300%,平均延时比3D Mesh拓扑结构低85.1%,平均跳数比3D Mesh拓扑结构少21.5%;在局部负载下,五维超立方裂变拓扑结构的平均延时比3D Mesh拓扑结构低79.1%,平均跳数比3D Mesh拓扑结构少13.3%。仿真实验表明提出的网络拓扑结构既保留了原有超立方体拓扑结构的优点,又解决了高维超立方体拓扑结构的通讯瓶颈问题。     

一种面向通信特征的3D NoC体系结构设计

三维集成电路(three dimensional integrated circuit,3DIC)和片上网络(network on chip,NoC)是集成电路设计发展的两个趋势.将两者结合的三维片上网络(three dimensional networks on chip,3DNoC)是当前研究的热点之一.针对现有3DNoC的研究没有充分关注硅片内与硅片间的异构通信特征.提出了面向通信特征的硅片间单跳步(single hop inter dies,SHID)体系结构,该结构采用异构拓扑结构和硅片间扩展路由器(express inter dies router,EIDR).通过实验数据的分析表明,与3DMesh和NoC-Bus这两种已有的3DNoC结构相比,SHID结构有以下特点:1)延迟较低,4层堆叠时比3D-Mesh低15.1%,比NoC-Bus低11.5%;2)功耗与NoC-Bus相当,比3D-Mesh低10%左右;3)吞吐率随堆叠层数增加下降缓慢,16层堆叠时吞吐率比3D-Mesh高66.98%,比NoC-Bus高314.49%.SHID体系结构同时具备性能和可扩展性的优势,是未来3DNoC体系结构良好设计选择.     

基于一种新网络拓扑结构的低功耗研究

随着芯片集成度的提高,片上网络(Network on Chip,NoC)是片上系统(System on Chip,SoC)发展的必然趋势,其中功耗成为限制性能提高的瓶颈.为了降低NoC的功耗,提出一种新的拓扑结构HMesh(Hexagon Mesh)及适用于该拓扑结构的HM路由算法,并对Mesh、Torus和HMesh结构的功耗进行了仿真实验.实验结果表明,在网络不发生拥塞时,HMesh结构的平均功耗比Mesh结构和Torus结构分别降低了12.9％和11.24％,更适合片上网络的构造.     

片上网络的星型簇结构通信能耗研究

相对于传统的平面结构,三维片上网络具有更好的集成度和性能。提出一种基于三维网格的星型簇结构的片上网络(3D SCBM-NoC),3D SCBM-NoC可以减少路由节点,降低处理节点间的通信代价。通过分析3DSCBM-NoC的拓扑结构,建立了针对星型簇结构的片上网络通信能耗模型,分别使用顺序方法和蚁群算法实现了片上网络映射。实验结果表明,相对于处理节点规模相同且数目为16的3D Mesh-NoC和2D Mesh-NoC,3DSCBM-NoC的通信能耗明显降低。     

混合无线三维片网中无线路由节点分布研究

传统的片上网络都是采用金属链路连接各个路由节点,芯片上IP核的增多一方面导致了布线复杂度的增加,另一方面也导致了片上网络传输延迟和功耗的增加。由于片上微型天线的成功研制,芯片内的无线通信得以实现。无线通信具有高带宽、低延迟、低功耗的特点,使得无线片上网络(WNoC)成为传统片上网络最理想的替代方案,可以显著提高系统的性能。针对传统大规模片上网络(NoC)远距离核间多跳通信所带来的高能耗与延时问题,提出了一种8×8×4的三维混合无线片上网络架构以及针对该架构的路由算法。此外,对在混合型无线片上网络的拓扑设计中所遇到的无线节点和无线链路放置等问题进行了讨论。仿真结果表明,将无线节点放在第0层和第3层所得到的性能最好,且该拓扑结构与传统片上网络结构相比,在网络平均延迟以及网络总功耗方面取得了很大的提升。     

片上网络容错路由算法研究

随着集成电路制造工艺的不断发展,集成在芯片上晶体管的数量也随之增多,已超过几十亿晶体管的规模,因此芯片上可以集成越来越多的IP核。随着芯片中IP核数量的增多,基于总线结构的片上系统(System-on-Chip,So C)已不能满足数据的通信要求,为了解决这个问题,片上网络(Network-on-Chip,No C)作为一种全新的互联结构被提出来。其核心是把网络设计的思想移植到芯片设计中,将片上资源互连起来,并将计算与通信分离。片上网络具有很好的空间可扩展性,采用的全局异步一局部同步的通信机制使并行通信效率更高。NOC带来了一种全新的片上通信方式,它的引入有利于提升可重用设计、解决通信瓶颈和全局同步等难题。本文在研究片上网络结构的基础上,针对片上网络多播通信的特点提出了一种多播容错路由算法。     

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。     

片上网络关键技术研究

半导体技术的快速发展以及芯片上系统应用复杂度的不断增长,使得片上互连结构的吞吐量、功耗、延迟以及时钟同步等问题更加复杂,出现了将通信机制与计算资源分离的片上网络.片上网络设计涉及从物理层到应用层诸多方面的问题.本文给出片上网络设计的一些关键技术:设计流程、拓扑结构、路由技术、交换技术、性能评估;并指出目前研究存在的问题和今后的研究方向.     

二次改进遗传算法与3D NoC低功耗映射

随着集成电路技术的迅速发展,芯片的集成度不断提高,片上众多处理单元间的高效互连成为关键问题,因而相继出现了片上系统(system-on-chip,SoC)和二维片上网络(two-dimensional network-on-chip,2D NoC).当二维片上网络在多方面达到瓶颈时,三维片上网络(three-dimensional network-on-chip,3D NoC)应运而生.三维片上网络已引起学术界和产业界的高度重视,三维片上网络低功耗映射是其中的1个关键问题.之前的研究曾提出过一种基于改进遗传算法的3D NoC低功耗映射算法,并收到了良好的仿真效果.但当问题规模变大时,计算量随之增大、运行效率明显降低.针对这一问题,对3D NoC中面向功耗优化的二次改进遗传算法任务映射机制进行研究,提出了一种新的3D NoC低功耗映射算法,并对该映射算法进行了仿真实验.实验结果表明,在种群规模较大的条件下,该算法不仅能够继续降低功耗,而且能够大幅度地减少映射算法的运行时间.     

物理网络拓扑发现算法的研究和系统实现

根据交换机通用地址转发表信息，提出了一种适应存在共享网段的物理网络拓扑发现算法，证明了该算法的正确性．该算法克服了地址完整性限制的要求，能发现物理网络中交换机端口与交换机端口、交换机与Hub、交换机与主机、主机与Hub的连接．NocView系统应用了该拓扑发现算法进行拓扑发现，其结果也验证了算法的正确性和实用性．     

Internet网络拓扑建模方法综述

针对Internet网络拓扑的重要属性特征,对当前基于度分布的网络拓扑建模方法进行了综述,指出了不同建模方法存在的局限性,并分析了当前网络模型在表述Internet网络时面临的问题,最后给出了进一步的研究方向。     

基于Mobile Agent网络的物理拓扑自动发现算法

随着网络规模的日益扩大和网络结构的日趋复杂,网络管理已经成为计算机网络可靠运接关系发现功能支持的不足已严重限制了大量高级网管工具的性能,针对该问题,提出了一种基于Mobile Agent网络拓扑发现算法;该算法借助标准的SNMP协议获取网络设备的信息,并通过过滤二层设备的地址转发表信息,克服了不完整的地址转发对传统拓扑发现算法造成的困难,最终建立起了网络拓扑图;算法消除了同类算法必须依赖完整地址转发表或者设备私有协议的缺点,试验结果显示,该算法能快速、准确地生成IP网络的物理拓扑图.     

网络拓扑发现综述

网络拓扑发现是网络管理中一项非常重要的技术。文中从概述、主要的网络拓扑信息采集方法、网络拓扑发现算法三个方面对网络拓扑发现进行综述,在此基础上,设计出了一种针对Internet网络的拓扑发现算法和基于园区网的典型拓扑发现算法,对网络管理开发软件人员和网络管理人员具有较好的参考价值。     

子网拓扑融合技术研究

针对大规模异构网络的拓扑管理,在对经拓扑发现搜集而来的拓扑信息进行处理,提出了子网拓扑融合概念,阐述了子网拓扑融合在拓扑管理中的地位和作用,分析了子网拓扑融合的需求,研究并建立了基于集合论的子网拓扑融合模型,设计了一种基于XML的子网拓扑融合算法,并通过两个子网拓扑数据检验了该算法的正确性.     

基于Cloud Foundry的云计算PaaS平台拓扑展示设计与实现

云计算PaaS（platformasaservice,平台即服务）平台是互联网领域近几年来非常热的技术方向,不仅可以为用户提供开发环境、开发平台和硬件资源,还可以提高硬件资源的利用率,降低业务运营成本。然而,在提供服务的过程中,缺乏一种有效的机制来约束服务提供商的行为。文章为实现云计算PaaS平台下对应用的监测,提出了拓扑管理的概念。应用拓扑可以监测应用与资源的关系,资源拓扑可以监测资源与应用的关系,两者从不同的角度实现对应用的监测。文章采用哈希数组保存拓扑信息,采用消息总线的“发布-订阅”模式传递消息,实现拓扑信息的获取,将结果使用网页进行展示。本系统可以使服务提供商清晰地掌握系统中应用与资源的关系以及资源情况,有效提高资源利用率,因此,系统可以提升服务质量,进而保障用户利益。应用拓扑展示和资源拓扑展示可以及时反映系统中应用与资源的关系,从两种不同的角度展示出来,给云计算提供者管理应用提供了很大的方便。     

一种基于TopDisc的WSNs拓扑控制算法

针对无线传感器网络（WSNs）中无线信号动态波动变化时引起网络链路不稳定和覆盖范围变小的问题,提出了一种基于TopDisc的WSNs拓扑控制算法.该算法通过引入拓扑控制参数控制网络拓扑优化以适应无线信号变化,给出了拓扑创建过程,对算法进行了仿真实验.仿真结果表明：改进的拓扑控制算法能够提升WSNs对复杂无线电环境的适应能力,提高了资源利用率和链路可靠性.     

Topologies on quotient space of matrices via semi‐tensor product

An equivalence of matrices via semi‐tensor product (STP) is proposed. Using this equivalence, the quotient space is obtained. Parallel and sequential arrangements of the natural projection on different shapes of matrices lead to the product topology and quotient topology respectively. Then the Frobenious inner product of matrices is extended to equivalence classes, which produces a metric on the quotient space. This metric leads to a metric topology. A comparison for these three topologies is presented. Some topological properties are revealed.     

基于VC的自动绘制网络拓扑技术

简要介绍了自动发现网络拓扑、数据库设计的方法,通过ADO与数据库的连接及内存泄漏的问题。重点分析了运用VC来自动绘制拓扑的实现方法和详细算法,主要包括设备和链路的自动显示和子网拓扑图的显示;分析了在自动绘出的拓扑图的基础上手工调整拓扑图的实现方法及在拓扑图中随意查看设备和链路相关信息的功能实现算法技巧。     

基于拓扑结构的蠕虫防御策略仿真分析

提出了基于拓扑结构控制的蠕虫防御策略,并通过构建仿真模型对其进行了仿真验证分析.首先对蠕虫传播所依赖的拓扑结构的主要形式进行了分析,提出了相应的生成算法,并对算法的有效性进行了验证;随后提出了三种拓扑结构控制策略仿真模型;最后分别对这三种策略在不同拓扑结构下的蠕虫传播控制性能进行了仿真实验.实验结果证明:通过适当地控制拓扑结构,可以有效地遏制拓扑相关蠕虫传播.