MPSoC-NoC多核體系結構及原型芯片實現技術研究.pdf

1、近年來,以Intcl為代表的國際巨頭紛紛將目光瞄準了多核技術,并從2005年開始陸續(xù)推出產品,如Intel<'TM>的Intel Core<'TM>2 Duo,AMD<'TM>的AMD Athlon<'TM>64FX均為雙核處理器,SUN<'TM>的Niagara含有8個處理器核,STI(SONY<'TM>、TOSHIBA<'TM>和IBM<'TM>)的CELL則由9個處理器核組成,ARM<'TM>公司的MPCQRE由4個ARM-11處

2、理器組成. 學術界則早在2000年就開始了多核SoC(Multi-Processor SoC,MPSoC)和NoC(Nctwork on Chip)的研究,如斯坦福大學的Netchip項目,曼徹斯特大學的Marble項目.瑞典皇家技術學院的NOCARC項目等.目前,以MPSoC-NoC為代表的多核技術正在受到越來越多的學者的關注. 上述事實表明,以MPSoC-NoC為代表的多核技術正在成為下一代集成電路的主流設計技術.從

3、SoC時代開始,集成電路設計技術已經成長為"半導體技術-電子技術-計算機技術"三個領域的交叉學科.隨著時間的推移,計算機技術將扮演越來越重要的角色,計算機體系結構將越來越成為集成電路設計技術創(chuàng)新的源頭,系統(tǒng)工程師將越來越成為高端芯片設計工程師的主體.多核技術的出現,帶來了集成電路體系結構的根本變革,以馮-諾伊曼體系結構為代表的單核-單總線傳統(tǒng)結構將逐漸退居二線,一個嶄新的多核時代開始了.多核技術為高端集成電路設計技術帶來了一個前所未有的

4、廣闊發(fā)展空間. 本文研究多核技術的體系結構及其原型芯片的設計、仿真和實現,主要工作如下: (1)提出了5種不同結構的MPSoC-NoC系統(tǒng)模型,同時從多個技術角度對比分析了5種結構的優(yōu)缺點,為MPSoC-NoC系統(tǒng)級建模技術做了一些基礎性工作.探討了不同通訊架構對多核系統(tǒng)的整體性能的影響.最后基于BPM分類法建立了,MPSoC-NoC形式化模型; (2)設計實現了單總線結構MPSoC、層次化總線結構MPSoC、全

5、互連結構Ⅱ型NoC和二維網格結構NoC等4種不同體系結構的原型芯片,每種結構的原型芯片都集成了4個處理器,頻率可達60Mhz.在此基礎上又升級設計出4核層次化總線MPSoC原型芯片(增加功能IP)、6核全互連Ⅱ型NoC原型芯片和8核二維網格NoC原型芯片,并展開研究了這三種多核結構的可擴展性問題.分析表明,二維網格結構NoC的可擴展性最優(yōu); (3)定量分析了多核原型芯片的性能:首先建立原型芯片的性能測試環(huán)境,并提出MPSoC-N