基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和互連編碼的NoC低功耗研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步,芯片的集成度越來越高,設(shè)計技術(shù)越來越復(fù)雜,片上系統(tǒng)(System-on-Chip, SoC)面臨著延遲、功耗、容錯性等方面的挑戰(zhàn)。2001年左右,國外科研機(jī)構(gòu)提出了一種新的體系結(jié)構(gòu)——片上網(wǎng)絡(luò)(Network-on-Chip, NoC),作為解決下一代通信架構(gòu)擴(kuò)展性和功耗問題的新范式,同時 NoC也成為高性能片上系統(tǒng)設(shè)計的重要發(fā)展方向。相對于傳統(tǒng)的總線型通信結(jié)構(gòu)中存在的性能瓶頸,NoC提供了新的片上通信解決思路,成

2、為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。近幾年,NoC技術(shù)不僅被大規(guī)模超級計算機(jī)系統(tǒng)所采用,而且在移動通信領(lǐng)域和嵌入式設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。
　　盡管 NoC相對于 SoC具有很好的能量效率,但隨著通信量的增大,功耗約束成為片上網(wǎng)絡(luò)面臨的重要問題之一,如何在保證整體性能的基礎(chǔ)上降低功耗成為當(dāng)前研究工作的主要問題之一。國內(nèi)外許多科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)從底層的物理設(shè)計到拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇等不同的設(shè)計層面上提出了多種降低功耗的方法。本文總結(jié)了國內(nèi)外解決低功耗問題的已有技

3、術(shù)成果,分析了這些科研成果的主要思想及其在實(shí)際中的應(yīng)用前景。在此基礎(chǔ)上,首先提出了兩種片上網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的路由算法,從理論上分析了它們的綜合性能以及與經(jīng)典拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的差異,并通過仿真實(shí)驗(yàn)證明這兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)均可以有效地降低片上網(wǎng)絡(luò)的功耗。其次從串?dāng)_避免角度出發(fā)提出了一種互連通道的差錯控制編解碼方案,該方案根據(jù)通信鏈路上的電壓擺幅和比特誤碼率之間的關(guān)系,在數(shù)據(jù)傳輸過程中減少電源干擾、線間串?dāng)_等噪聲影響,進(jìn)而降低數(shù)據(jù)的出錯率,從而在保證可

4、靠性的情況下降低片上網(wǎng)絡(luò)的互連功耗。
　　論文共包括五個部分。第一章介紹了片上網(wǎng)絡(luò)的基本概念和關(guān)鍵技術(shù),分析了片上網(wǎng)絡(luò)低功耗問題的研究背景及意義,并總結(jié)了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。第二章主要介紹了片上網(wǎng)絡(luò)低功耗模型,詳細(xì)研究了相關(guān)的低功耗技術(shù),并分析比較了各種技術(shù)之間的優(yōu)缺點(diǎn)。第三章提出了兩種新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)——DPMesh結(jié)構(gòu)和 HMesh結(jié)構(gòu)以及相適應(yīng)的路由算法。與經(jīng)典的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了性能對比分析,并在 Orion平臺上進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)