NoC中负载均衡的AVOQ路由器设计

针对片上网络中使用虚拟输出队列(VOQ)机制的路由器在网络拥塞时存在的头阻塞问题,提出负载均衡的AVOQ路由器架构。首先,输入缓冲区仍使用VOQ机制来处理头阻塞问题。其次,在路由计算模块自适应地选择输出端口,确保数据从较不拥塞的端口输出;在单个虚通道内自适应地读取数据包,确保下游不拥塞的流量能够在网络里流通。实验结果表明,相较于虚通道路由器和VOQ路由器,AVOQ路由器平均延时最多减少83.2%和57.1%,吞吐率最多增加72.7%和33.3%,功耗和面积开销可接受。该方案通过两个层级的自适应均衡全网的流量分布,缓解拥塞,进而降低头阻塞出现的可能性,并在头阻塞出现时消除其影响,提升网络性能。     

一种自恢复容SEU锁存器的设计

随着集成电路工艺水平的不断提高、器件尺寸的不断缩小以及电源的不断降低,传统的锁存器越发容易受到由辐射效应引起的软错误影响。为了增强锁存器的可靠性,提出了一种适用于低功耗电路的自恢复SEU加固锁存器。该锁存器由传输门、反馈冗余单元和保护门C单元构成。反馈冗余单元由六个内部节点构成,每个节点均由一个NMOS管和一个PMOS管驱动,从而构成自恢复容SEU的结构。在45 nm工艺下,使用Hspice仿真工具进行仿真,结果表明,与现有的加固方案FERST[1]结构相比,在具备相同面积开销和单粒子翻转容忍能力的情况下,提出的锁存器不仅适用于时钟门控电路,而且节省了61.38%的功耗-延迟积开销。     

基于改进CAF-WAS的绑定前硅通孔测试

硅通孔TSV发生开路故障和泄漏故障会降低三维集成电路的可靠性和良率,因此对绑定前的TSV测试尤为重要。现有CAF-WAS测试方法对泄漏故障的测试优于其他方法(环形振荡器等),缺点是该方法不能测试开路故障。伪泄漏路径思想的提出,解决了现有CAF-WAS方法不能对开路故障进行测试的问题。另外,重新设计了等待时间产生电路,降低了测试时间开销。HSPICE仿真结果显示,该方法能准确预测开路和泄漏故障的范围,测试时间开销仅为现有同类方法的25%。     

基于虚通道故障粒度划分的3D NoC容错路由器设计

深亚微米工艺下,路由器受制于制造缺陷及运行时的脆弱性,易发生虚通道(virtual channel,VC)永久性故障,从而引起通信故障,影响系统功能和性能.为了能够有效地容忍虚通道故障、保证系统性能及充分利用可用资源,将虚通道故障类型细分为粗粒度故障和细粒度故障,提出SVS(single VC sharing)路由器架构,通过将路由器端口两两分组,组内端口间实现单虚通道共享.当发生虚通道粗粒度故障时,使用组内相邻端口共享虚通道容错.当发生细粒度故障时,根据Slot State Table信息配置虚通道读/写指针的值,从而跳过故障Buffer槽实现容错.在无粗粒度故障情况下,共享虚通道还可用于负载平衡及容忍路由计算模块故障.实验结果表明:较其他已有的虚通道路由器,SVS路由器在3种不同的故障情况下均较大地降低了延时,提高了吞吐量.这表明SVS路由器可有效提高系统可靠性,保证了系统性能,充分利用了可用资源.     

簇式三维片上网络通信压力弱化策略

针对3D NoC中TSV衬垫面积大,TSV利用率低的特点,采用4个plane router共享一个TSV router的簇式结构,分时共享TSV;针对路由器故障,则提出一种在输入端口和输出端口间建立旁路的机制,当plane router的缓冲区和交叉开关故障时,数据包由旁路转发;对于TSV router故障,则通过增加数据分配器和多路选择器,进行加固;为弱化过热点,提出新的压力弱化模型,根据其自身通信量以及所处的位置,动态调整路由方向.仿真结果表明,与传统XYZ路由相比,无故障时平均网络延时减少21％～27％,有故障时减少20％～39％,吞吐率比minTSV提高约20％.     

三维片上网络TSV复用容错策略

三维片上网络结合了垂直互连技术所带来的优势和片上网络所具有的可扩展性的优点,大大提高了系统的性能,降低了功耗.但目前的制造工艺使得用于垂直互连的硅通孔(TSV)的产品良率仍然较低,严重影响三维片上网络系统通信的可靠性.以往处理TSV硬故障一般是通过添加一定数目的冗余链路来达到容错的目的,但这种方法会带来较大的面积和功耗的开销,并且只能处理数量有限的TSV故障.不添加冗余链路,通过对故障链路中功能良好TSV的复用,将数据微片多次传输,达到容TSV硬故障的目的.通过添加ECC编码解码模块来达到容瞬时故障的目的.实验分析表明,该设计方案在保证系统可靠性的基础上还具有较高的吞吐量与较低的延时.     

WiNoC中基于Edge first算法的流量平衡设计

在无线片上网络中,无线节点拥塞以及不同子网和全局网络内的流量平衡情况对整个片上网络的通信效率有着重要的影响,为此提出了基于Edge first算法的全局流量平衡机制（GTB）。首先优化了划分有线无线数据包的机制,减少了无线节点处的拥塞;其次根据无线路由器（WR）的拥塞情况,提出Edge first路由算法平衡子网内的流量;最后在全局网络中提出了全局子网拥塞感知（GSCA）判断机制,使得长距离数据包优先从低拥塞子网通过,平衡了全局网络的流量。实验表明,该方案在可接受的硬件开销、功耗开销下,保证较低的网络延迟和较高的网络吞吐率,并且大幅的提升了网络的流量平衡性能。     

一种基于环形振荡器的轻量级高效率的真随机数发生器

真随机数发生器(TRNG)作为芯片中重要的安全组件,在现代加密系统中扮演着越来越重要的角色。对于TRNG的设计,关键是需要熵提取器可以在恶劣的环境变化(如工艺波动、电压和温度(PVT))下稳定地生成熵值。基于Xilinx FPGA平台提出了一种基于环形振荡器的低成本,高效率真随机数发生器。TRNG一方面通过快速进位逻辑来提高熵提取的效率,另一方面通过优化电路结构和延迟,在以相对较低的资源开销情况下实现可观的吞吐量和随机性。TRNG分别在多块Xilinx Virtex6 FPGAs和Xilinx Spartan6 FPGAs上进行验证,实验数据测试结果表明,所提出的TRNG能够在广泛的PVT范围内表现出良好的鲁棒性,且生成的随机比特流不仅以相当高P值通过NIST SP800-22统计测试套件,而且可以通过最新的NIST SP800-90B测试。     

一种容SEU的新型自恢复锁存器

针对单粒子翻转(SEU)的问题,提出了一种容SEU的新型自恢复锁存器。采用1P-2N单元、输入分离的钟控反相器以及C单元,使得锁存器对SEU能够实现自恢复,可用于时钟门控电路。采用高速通路设计和钟控设计,以减小延迟和降低功耗。相比于HLR-CG1,HLR-CG2,TMR,HiPer-CG锁存器,该锁存器的功耗平均下降了44.40%,延迟平均下降了81%,功耗延迟积(PDP)平均下降了94.20%,面积开销平均减少了1.80%。     

一种低开销加固锁存器的设计

针对单粒子翻转问题,设计了一种低开销的加固锁存器。在输出级使用钟控C单元,以屏蔽锁存器内部节点的瞬态故障;在输出节点所在的反馈环上使用C单元,屏蔽输出节点上瞬态故障对电路的影响;采用了从输入节点到输出节点的高速通路设计,延迟开销大幅降低。HSPICE仿真结果表明,相比于FERST,SEUI,HLR,Iso-DICE锁存器,该锁存器的面积平均下降23.20%,延迟平均下降55.14%,功耗平均下降42.62%。PVT分析表明,该锁存器的性能参数受PVT变化的影响很小,性能稳定。