片上網(wǎng)絡(luò)路由器的緩存優(yōu)化研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體工藝尺寸的持續(xù)降低，系統(tǒng)集成度的不斷提高，SoC體系結(jié)構(gòu)的焦點(diǎn)由單核以計(jì)算為核心的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移到多核以通信為核心的設(shè)計(jì)。在復(fù)雜的多核SoC系統(tǒng)中，通信所消耗的功耗已經(jīng)和邏輯運(yùn)算以及存儲(chǔ)消耗的功耗相當(dāng)，并有望超過(guò)它們。芯片面積和功耗預(yù)算日益受控于芯片的互連網(wǎng)絡(luò)，這使得片上互連設(shè)計(jì)研究倍受關(guān)注，并成為推動(dòng)NoC優(yōu)化研究的一個(gè)主要?jiǎng)恿ΑＦ暇W(wǎng)絡(luò)路由器的緩存占據(jù)著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)很大比重的功耗和面積，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能有著顯著的影響，因此片上網(wǎng)絡(luò)路由

2、器緩存的優(yōu)化研究具有重要的意義。
　　為了指導(dǎo)緩存優(yōu)化，給出了一種基于參數(shù)組(λ，H，α，δ)的流量特征模型，該模型能夠準(zhǔn)確地量化應(yīng)用的負(fù)載特征。同時(shí)利用經(jīng)典的流量模型分析了片上網(wǎng)絡(luò)緩存利用率分布的一般規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了緩存利用率的時(shí)間和空間分布不均，由此提出了動(dòng)態(tài)優(yōu)化與靜態(tài)優(yōu)化相結(jié)合的優(yōu)化思想,在這種思想的指導(dǎo)下，完成了以下兩種緩存優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)。
　　1)針對(duì)一般性的虛擬通道路由器結(jié)構(gòu)，提出了一種靜態(tài)虛通道數(shù)量分配與動(dòng)態(tài)功率門(mén)

3、控相結(jié)合的緩存優(yōu)化方法。首先建立片上網(wǎng)絡(luò)輸出阻塞概率模型，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)中阻塞概率分配網(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點(diǎn)不同端口的虛擬通道數(shù)量，平衡網(wǎng)絡(luò)中虛擬通道的利用情況。然后引入功率門(mén)控策略，適時(shí)關(guān)閉掉系統(tǒng)運(yùn)行中處于空閑狀態(tài)的虛擬通道，降低片上網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)功耗開(kāi)銷(xiāo)。這樣，針對(duì)片上網(wǎng)絡(luò)的緩存利用特征從空間和時(shí)間兩個(gè)角度實(shí)現(xiàn)了緩存的優(yōu)化。試驗(yàn)結(jié)果表明，與單一的緩存分配或者功率門(mén)控策略相比，這種混合的優(yōu)化算法在低負(fù)載下能夠獲得20.30％~44.53%的能耗節(jié)省，即

4、使是在網(wǎng)絡(luò)飽和注入率附近，也可獲得大約8.5%左右的能耗節(jié)省。
　　2)針對(duì)虛擬通道功能限定的路由器結(jié)構(gòu)，提出了一種靜態(tài)緩存容量分配與動(dòng)態(tài)緩存結(jié)構(gòu)相結(jié)合的緩存優(yōu)化方法。首先采用簡(jiǎn)化的單一緩存通道路由器模型進(jìn)行排隊(duì)分析，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)端口緩存滿(mǎn)概率，并以此為依據(jù)應(yīng)用貪心算法分配各個(gè)端口緩存容量，去除網(wǎng)絡(luò)中緩存的空間分布冗余。然后設(shè)計(jì)了一種動(dòng)態(tài)緩存結(jié)構(gòu)，使得同一端口不同的虛擬通道能夠共享所有空閑的緩存，充分利用了有限的緩存資源。這樣，