片上網(wǎng)絡(luò)低功耗設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著人們對(duì)提升電子系統(tǒng)性能的迫切要求,今后集成成千上萬個(gè)IP的芯片成為一種趨勢(shì)。傳統(tǒng)的總線互連結(jié)構(gòu)由于可擴(kuò)展性較差且無法提供高帶寬,將變得難以適用。對(duì)于深亞微米下的復(fù)雜SoC,流水化的、包處理的NoC提供了一種有效的互連技術(shù)。NoC具有良好的擴(kuò)展性和電氣可控性,能提供可靠的互連網(wǎng)絡(luò)。此外,NoC比總線多了安全控制、QoS和電源管理等功能,具有廣闊的應(yīng)用前景。本文研究工作從NoC的低功耗設(shè)計(jì)出發(fā),對(duì)其相關(guān)技術(shù)研究領(lǐng)域進(jìn)行了探索,主要的研究

2、內(nèi)容及成果概述如下:
　　 1)Bus和NoC的低功耗編碼
　　 在芯片設(shè)計(jì)中,功耗已成為一個(gè)重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)。對(duì)于總線來說,減少總線上的翻轉(zhuǎn)次數(shù),就是降低總線上的功耗。針對(duì)已經(jīng)存在的片上總線結(jié)構(gòu),提出了一種片上總線低功耗編碼算法。該算法不改變現(xiàn)有總線結(jié)構(gòu),仍可復(fù)用連接在總線上的IP,以最小的代價(jià)有效地降低了片上總線上所消耗的功耗。但上述編碼算法對(duì)NoC效率不高,這是由于NoC使用包交換網(wǎng)絡(luò)傳輸,而包交換數(shù)據(jù)是不連續(xù)的。本

3、文同樣對(duì)NoC的低功耗編碼及其它物理層低功耗措施進(jìn)行了探索。
　　 2)低功耗NoC映射
　　 NoC的映射就是在滿足一定的約束條件下,將任務(wù)圖中的IP核放置在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的資源節(jié)點(diǎn)上。映射決定了IP核與網(wǎng)絡(luò)中的路由器的連接關(guān)系,因此它對(duì)NoC的性能和能耗有重要的影響。本文提出了一種在延時(shí)約束條件下,基于遺傳算法的NoC低功耗映射算法。該算法使用數(shù)組方式編碼染色體,并采用非常規(guī)碼的交叉和變異運(yùn)算因子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,它能快速有

4、效地對(duì)通信功耗作優(yōu)化。
　　 3)多目標(biāo)映射算法
　　 在實(shí)際應(yīng)用中,NoC的設(shè)計(jì)目標(biāo)往往是需要多方面考慮的。隨著芯片尺寸的進(jìn)一步減小,散熱問題變得越來越重要。功耗大的IP若靠得太近,容易生成“熱區(qū)”。熱區(qū)的生成不僅影響性能,而且?guī)砺╇姽脑黾拥绕渌鼏栴}。本文綜合考慮NoC映射中功耗和溫度兩項(xiàng)指標(biāo),在延遲約束條件下,使用基于NSGA-Ⅱ的多目標(biāo)遺傳算法對(duì)它們同時(shí)作優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該算法在幾乎不增加功耗的情況下,能有

5、效地降低芯片的峰值溫度。
　　 4)GALS時(shí)鐘分布策略
　　 NoC集成了諸多工作在不同頻率的模塊,給頂層時(shí)鐘樹生成和時(shí)序驗(yàn)證帶來了困難。GALS(全局異步、局部同步)架構(gòu)適用于NoC的時(shí)鐘分布,它能有效地減少時(shí)鐘樹上的功耗消耗。但現(xiàn)有的GALS需要定制地設(shè)計(jì)異步包裝電路,不利于驗(yàn)證和集成。本文采用通用的數(shù)字ASIC設(shè)計(jì)流程,在僅使用已有標(biāo)準(zhǔn)單元的情況下,提出了一種新的基于FIFO的異步包裝。通過此包裝電路,完成一個(gè)信