Experience with Applying Formal Methods to Protocol Specification and System Architecture

In the last three years or so we at Enterprise Platforms Group at Intel Corporation have been applying formal methods to various problems that arose during the process of defining platform architectures for Intel's processor families. In this paper we give an overview of some of the problems we have worked on, the results we have obtained, and the lessons we have learned. The last topic is addressed mainly from the perspective of platform architects.     

PRDT（2，1）架构的NoC系统容错路由算法

链路和节点的故障会导致网络中许多节点无法相互通讯,因此容错性是NoC系统设计中的一个重要问题。基于一种新的NoC网络拓扑结构PRDT（2,1）,提出一种PRDT（2,1）容错路由算法以及相应的节点失效算法。节点失效算法通过使较少数量的无故障节点失效来构造矩形故障区域,PRDT（2,1）容错路由算法仅使用了最小数量的虚拟通道并提供足够的自适应性以实现无死锁容错路由。只要故障区域没有断开网络,这一算法能够保证路由的连通性。算法在不同故障率的PRDT（2,1）网络中仿真,结果显示这一算法具有良好的平滑降级使用特性。     

蜂窝网络上的路由算法*

主要研究蜂窝网络上的无死锁单播路由算法和一对全的广播路由算法。基于蜂窝网络的砖形画法,利用二维网络维序路由的基本思想和两个虚拟网络实现了无死锁的最短单播路由算法,并证明了算法的无死锁性。然后基于这个单播路由算法和线列上的广播算法,用软件实现了蜂窝网络上一对全的广播路由算法,经过简单比较得出该广播算法比以往的算法在通信效率上有了极大的提高。     

蜂窝网格的单播路由算法

六角形蜂窝网格是一种具有良好网络拓扑性质的并行多处理机互连网络.蜂窝网格在某些特性上优于二维网格.不过,这种网络不存在单信道最短路径无死锁路由算法.文中针对该网络设计了两个部分自适应无死锁虫孔路由算法.一个是基于转弯模型单信道非最短路径路由算法,另一个则是采用了虚拟双信道的最短路径路由算法.对第二个算法,还进一步使用转弯模型对其改进.通过仿真实验,结果显示这两个路由算法都具有较好的性能.     

一个2D-Mesh上的完全自适应路由器设计

路由器在大规模并行处理机系统(MPP)中,对互连网络通信性能和系统性能发挥起着关键作用.本文根据所提出的完全自适应路由思想——基于通道方向的完全自适应路由,设计了一个2D-Mesh上完全自适应路由算法.进一步,采用了一种新的高速网络互连技术——源同步技术,最终设计、实现了一个高效、简洁的完全自适应路由器,并在Xilinx XACT的CAD工具上进行了模拟验证.     

基于局部扭曲立方体的多播路由算法

局部扭曲立方体是一种新提出来用于并行计算的互联网络。经研究发现,局部扭曲立方体中已有最小路由算法存在着死锁。因此,在原有算法的基础上,提出了一种新的无死锁路由算法并给出了无死锁证明。利用将物理通道分成两条虚拟通道进而形成两个不相交的虚拟网络,将不同的点对之间的路由限定在某一个虚拟网络中,从而有效地避免了死锁的产生。同时,利用一个局部扭曲立方体可由两个低维子立文体和2-扭曲立方体构成这一性质,在局部的低维子立方体和2-扭曲立方体中均采用自适应路由,从而提高了算法的自适应性。在此基础上提出了一种多播路由算法。     

基于不规则Mesh的NoC无死锁路由

网络拓扑的选择是NoC设计中的一个重要问题,目前典型的特定应用NoC系统通常集成多个不同功能、不同尺寸、不同通讯需求的组件,而规则的网络拓扑结构并不适于在这种类型的NoC中应用,因此不规则Mesh网络被提出并被应用于不规则结构的NoC系统.为解决规则 Mesh路由算法在不规则Mesh中无法保证路由连通性的问题,本文提出一种不规则Mesh无死锁路由算法,无论NoC系统集成组件的版图如何变化,这一算法始终是连通的,即算法与不规则Mesh的规模和结构是无关的,同时算法仅使用较低的虚拟通道.     

An optimised 3D topology for on-chip communications

Increasing system complexity, energy and device reliability, requirement of modular approach, structured layout, effective spatial reuse of resources, scalability and re-programmability have made network-on-chip (NoC) an obvious interconnection design alternative to the ubiquitous bus based on chip communication architecture in system-on-chip. Designing of a topology and its routing scheme plays a vital role in determining performance of any NoC architecture. In recent years, 3D stacked NoC architecture attracts added interest in NoC design as it offers improved performance and shorter global interconnect. In this paper, we have developed a partially, vertically interconnected 3D topology, namely 3D Recursive Network Topology (3D RNT) and prove that the topology has a Hamiltonian connectedness. We have developed deadlock-free routing algorithm for the 3D RNT topology. Also, we compare the performance of the 3D RNT with partially and fully connected 3D mesh topologies (3D PMT and 3D FMT) by conducting suitable experiments. The experiment results show that there is not much deviation in respect of the performance of the 3D RNT on comparing with 3D PMT and 3D FMT even though a number of vertical links are trimmed down to 75%, which is an encouraging outcome as far as design space is concerned.     

一种自适应动态缓存策略准入控制算法

针对片上网络的死锁问题,基于虚拟网络的自适应路由算法,设计了一个完全自适应片上路由器.重点介绍了路由算法及路由器的系统结构,设计实现了一个低代价、高效的完全自适应路由器,并在2DMesh拓扑结构下对其性能进行了模拟验证.实验结果表明,该路由器实现了无死锁的自适应路由,并提高了网络吞吐量,降低了平均网络延迟.     

一种完全自适应片上路由器的设计

针对片上网络的死锁问题,文中根据所提出的完全自适应路由思想—基于虚拟网络的自适应路由算法,设计了一个完全自适应片上路由器.重点介绍了路由算法及路由器的系统结构,最终设计实现了一个高效、低代价的完全自适应路由器,并在2D Mesh拓扑结构下对其性能进行了模拟验证.实验得出该路由器实现了无死锁的自适应路由,并降低了平均网络延迟,提高了网络吞吐量.