面向功耗的三维片上网络路由协议

建立了一个适合3D-NoC片上实现的路由器功耗模型,并且结合奇偶拐弯模型提出了一种面向功耗的3D-NoC路由协议.根据网络的功耗状况动态路由,优化网络功耗分布,有效避免局部功耗过大.实验结果显示,该协议能够明显改善网络功耗分布,其最大功耗和功耗方差在最优情况下可分别优化11.57%和24.61%.     

片上网络中3D拓扑结构的性能评估

3D结构的片上网络(3D NoC)结合了3D集成(3D IC)和NoC技术的优势,相比2D NoC具有更为优越的性能.然而,目前大多数关于3D NoC结构的研究都集中在3D Mesh结构上.介绍了利用NIRGAM仿真器实现的另一种拓扑结构--3D Torus.在均衡负载模式和对称随机负载模式下分析评价了3D Torus网络延迟和吞吐率.结果表明,3D Torus拓扑结构的性能高于3D Mesh结构.     

片上网络:新一代的片上系统结构

片上系统是使用共享或专用总线作为芯片的通信资源.由于这些总线具有一定的限制,因此扩展性较差,不能满足发展需求.在这种情况下,目前的片内互连结构将成为多核芯片的发展瓶颈.文章介绍了一种新型的片上体系结构(片上网络)来解决未来片上系统中总线所带来的不足.片上网络作为一种新的片上体系结构,可以解决片上系统设计中所带来的各种挑...     

异步式逻辑保障片上网络传输可靠性的研究

随着Si技术的持续发展,片上系统(SoC)的规模和复杂度的增长给传统的片上互连,如总线结构,带来了前所未有的挑战。片上网络[1-2]是片上系统的一种新设计方法,是目前公认应对这种挑战较为有效的解决方案。半导体工艺进入深亚微米时代后,片上网络的可靠性也越来越成为人们关注的问题。将在研究如何应用异步式逻辑保障片上网络互连数据传输的可靠性和服务质量,提出了一个异步式片上网络的架构。通过实验证明,异步式逻辑将极大提高集成电路在应对电源不稳定性、导线间串扰、电磁干扰(EMI)、时钟偏斜和软错误方面的可靠性。采用全局异步局部同步的时钟机制,该方法带来了一种全新的片上通信方法,显著改善了传统总线式系统的性能。     

一种基于Mesh结构的新型层次化片上网络拓扑结构

针对片上网络(NoC)较远距离节点路由跳数较大导致的网络功耗和面积过大问题,该文通过分析Mesh和集中式Mesh(CMesh)结构特性,提出一种基于Mesh的新型层次化CHMesh结构。该结构分两层,底层以Mesh方式互连,并划分为多个路由区域,以保证邻近节点的通信需求,上层以CHMesh方式通过中间节点将底层各个区域进行互连,以降低网络直径。设计了针对性最短路径CHXY路由算法,该算法复杂度低,能够避免死锁。性能分析和仿真实验表明,在非均匀流量模式下,CHMesh结构的吞吐量比传统Mesh和Ref-Mesh分别提高约60%和10%,在较大规模片上网络中更有优势。     

片上网络技术发展现状及趋势浅析

半导体制造工艺的快速发展使得片上可以集成更大规模的硬件资源,片上网络的研究试图解决芯片中全局通信问题,使得从基于计算的设计转变为基于通信的设计,并实现可扩展的通信架构.本文回顾和总结了现有NoC研究工作,指出NoC是当前片上通信发展的主流趋势,并分析了当前NoC关键技术瓶颈,最后预测了多核的技术和产业发展趋势.     

三维片上网络内核测试

片上网络是一种新兴的大规模集成电路的设计方法.片上网络的测试包括对内核、路由器和通信通道的测试.本文主要提出了一种新的片上网络内核测试方法.该方法通过重用片上网络通信结构,采用基于单播的多播数据传递方式,以及一种无死锁的完全自适应路由方法来传递测试数据,显著地提高了通信效率,提升了测试的并行性,降低了测试成本.     

一种3D Octagon双环片上网络拓扑结构

随着片上网络IP核结点的增加,芯片面积受限的问题日益突出,利用39拓扑,用体积换取芯片面积是一种可行的方案,这种结构使各个结点的物理距离更近,从而充分地利用了空间资源,可以有效地减少芯片面积.提出一种3D Octagon双环拓扑结构,在均衡负载模式和对称随机负载模式下分析了其网络延迟和吞吐率.结果表明,3D Octagon双环是一种性能良好、可行性高的片上网络拓扑结构.     

三维片上网络拓扑研究

三维片上网络是集成电路领域的新技术,用于解决目前片上系统集成度越来越高所面临的通信瓶颈.本文介绍了当前三维片上网络的拓扑和相关技术,提出了三种新型的基于De Bruijn图的拓扑,并对各种拓扑的性能参数进行了比较.     

片上网络路由技术研究

片上网络满足了大规模集成电路发展对扩展性、能耗、面积、时钟异步、重用性等方面的需求,是对原有设计方法的一次革新。文中研究了片上网络的一项关键技术——路由技术。对其相关的包交换技术、虚拟通道技术和死锁避免技术进行了详细的分析介绍和优缺点的比较,给出了有益于片上网络沿用的结论。     

基于包-电路交换的片上网络回退转向路由算法

采用包-电路交换的片上路由器,链路的建立通过发送请求包完成,而数据的传输则采用电路形式。传统的路由算法已经不能很好地适应基于包-电路交换的片上网络(NoC)新特性。该文根据包-电路交换的NoC的特点,提出了一种新的路由算法回退转向(RT)路由算法,以改善NoC性能。实验结果表明,与动态XY路由算法相比,回退转向路由算法使得网络平均吞吐量和平均包延迟最大分别改善26.7%和11.6%。     

Bio-inspired NoC fault tolerant techniques using guaranteed throughput and best effort services

Best Effort (BE) and Guaranteed Throughput services (GT) are the two broad categories of communication services provided in NoC. Few of the existing NoC architectures provide both of these services. GT based services, which are based on circuit switching or connection oriented mechanisms of packet switching, are usually preferred for real time traffic while packet switching services are provided by the BE architecture. In this paper, biologically inspired fault tolerant techniques are implemented on these two different services. Biologically inspired techniques offer novel ways of making NoCs fault tolerant; faults in NoCs arise partly due to advanced nanoscale manufacturing processes and the complex communication requirements of the processing elements (PEs). The proposed NoCs fault-tolerant methods (synaptogenesis and sprouting) are adapted from the biological brain׳s robust fault tolerant mechanisms. These techniques are implemented on both BE and GT services. From the experimental results, the BE architecture was efficiently utilizing the bandwidth compared to GT services, while throughput utilization of GT services were better. The accepted traffic (flit/cycle/node) of the BE architecture is 6.31% better than GT architecture while the accepted traffic of the bio-inspired techniques is 72.12% better than traditional fault tolerant techniques.     

基于云模型进化算法的硅通孔数量受约束的3D NoC测试规划研究

针对硅通孔(TSV)价格昂贵、占用芯片面积大等问题,该文采用基于云模型的进化算法对TSV数量受约束的3维片上网络(3D NoC)进行测试规划研究,以优化测试时间,并探讨TSV的分配对3D NoC测试的影响,进一步优化3D NoC在测试模式下的TSV数量。该方法将基于云模型的进化算法、小生境技术以及遗传算法的杂交技术结合起来,有效运用遗传、优胜劣汰以及保持群落的多样性等理念,以提高算法的寻优速度和寻优精度。研究结果表明,该算法既能有效避免陷入局部最优解,又能提高全局寻优能力和收敛速度,缩短了测试时间,并且优化了3D NoC的测试TSV数量,提高了TSV的利用率。     

基于云进化算法的3D NoC测试端口优化选择

针对于三维片上网络测试时,如何选择测试端口以提高测试效率的难题,采用基于云模型的进化算法对三维片上网络测试端口进行位置寻优,并对IP核的测试数据进行合理分配,在测试功耗约束条件下,以重用片上网络作为测试访问机制,基于XYZ路由算法和非抢占式测试调度方式,对三维片上网络IP核实施并行测试,以提高测试效率。研究结果表明,该方法可对测试端口的位置及组合方案进行精确寻优,且有效减少了测试时间。     

NoC系统设计的研究

片上网络研究涉及从物理设计到体系结构、系统应用、设计方法和工具等诸多方面.文中从系统结构的角度总结了片上网络设计的一些主要研究内容和NoC技术研究发展方向.     

面向通信能耗的3D NoC映射研究

对于传统的平面结构,三维片上网络(3D NoC)具有更好的集成度和性能,在单芯片内部可以集成更多的处理器核。3D NoC作为2D NoC的结构拓展,在性能提高和低功耗设计方面更具优越性,成为多核系统芯片结构的主流架构。映射就是应用某种算法寻找一种最优方案,将通信任务图的子任务分配到NoC的资源节点上,保证NoC的通信能耗最小。参照2D NoC的研究方法,提出了针对3D网格NoC的通信能耗模型,采用蚁群算法实现了面向通信能耗的NoC映射。实验结果表明,面向不同网络规模的3D网格NoC平台,蚁群映射同随机映射相比,通信能耗降低可以达23%～42%。     

3D NoC测试规划研究与实现

针对3D NoC资源内核的测试,采用NoC重用测试访问机制和XYZ路由方式,建立功耗模型,并通过云进化算法将IP核的测试数据划分到各TAM上进行并行测试,从而降低了测试时间。实验以ITC 02标准电路作为测试对象,其结果表明,文中方法可以有效地减少测试时间,提高了测试效率。     

Energy-Efficient Mapping for 3D NoC Using Logistic Function Based Adaptive Genetic Algorithms

The problem of mapping application tasks is one of key issues in 3D Network on chip （3D NoC） de- sign. A novel Logistic function based adaptive genetic al- gorithm （LFAGA） is proposed for energy-aware mapping of homogeneous 3D NoC. We formulate the mapping prob- lem and show the Standard genetic algorithm （SGA）. The LFAGA is presented in detail with the goal of obtaining higher convergence speed while preventing the premature convergence. Experimental results indicate that the pro- posed LFAGA is more efficient than previously proposed Chaos-genetic mapping algorithm （CGMAP）. In the ex- periments, a randomly generated task graph of size 27 is mapped to a 3D NoC of size 3×3×3, the convergence speed of LFAGA is 2.55 times faster than CGMAP in the best condition. When the task size increases to 64 and the 3D NoC size extends to 4×4×4, LFAGA is 2.31 times faster compared to CGMAP. For the NoC sizes in the range from 3×3×2 to 4×4×4, solutions obtained by the LFAGA are consistently better than the CGMAP. For example, in the experiment of size 4×4×4, the improvement of final result reaches 30.0% in term of energy consumption. For a real application of size 3×4×2, 18.6% of energy saving can be achieved and the convergence speed is 1.58 times faster than that of the CGMAP.     

软件定义时分波分复用无源光网络中基于带宽预测的资源分配策略

针对时分波分复用无源光网络(TWDM-PON)多个光线路终端(OLT)间资源缺乏协同集中调度问题,该文提出一种带有软件定义的基于带宽预测的资源分配策略(RABP)。在光线路终端间,设计粒子群优化的BP神经网络模型预测各光线路终端所需带宽,避免了控制器与光线路终端信息交互时延对资源分配实时性的影响;其次,在光线路终端内,动态设定滑动周期并基于光网络单元授权信息实时统计资源池共享带宽,同时,设计负载均衡的波长调度机制实现多波长的高效利用。仿真结果表明,该策略提高了信道资源利用率,降低了平均包时延。