路由算法及网络参数对片上网络性能的影响研究

论文摘要

半导体工艺的快速发展使单个芯片上能够集成越来越多晶体管,这也意味着在单个芯片中可以集成越来越多的IP核。芯片中IP核数目增多后,传统总线架构的设计方法已无法满足设计要求,从而提出了片上网络(Network on Chip,NoC)这一种新的设计架构。在片上网络的研究中,网格(Mesh)结构因为具有可扩展性好、结构简单等特点而得到了研究者的广泛关注,同时,虫孔(Wormhole)交换因具有低延迟和对缓存要求少的特点而在片上网络中得到广泛的应用。本文正是基于Mesh结构和虫孔交换技术对片上网络进行研究。本文围绕片上网络的设计开展了以下工作:首先通过开源的Noxim平台搭建网络性能测试平台,然后通过此平台对在不同流量模型下的片上网络使用不同路由算法进行研究,得出其性能模型,进而研究不同的网络参数对网络性能的影响,并针对其性能进行了分析,给出了设计建议。仿真结果表明,确定性算法工作在均匀流量环境下具有较佳性能及较低功耗,自适应算法在非均匀流量环境下具有更好的性能,路由器缓存增加到一定值后继续扩大缓冲容量对性能提升不明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与研究意义
• 1.2 片上网络的提出
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 NoC 的理论体系
• 1.3.2 国外研究现状
• 1.3.3 国内研究现状
• 1.4 本文主要工作及安排
• 第二章 NoC 及其相关设计技术
• 2.1 片上网络的体系结构
• 2.1.1 片上网络的网络协议
• 2.1.2 片上网络的物理结构
• 2.1.3 片上网络工作原理
• 2.2 拓扑结构
• 2.2.1 拓扑结构的评价参数
• 2.2.2 常见的拓扑结构
• 2.3 路由节点结构
• 2.4 GALS 技术
• 2.5 NoC 的评估指标
• 2.5.1 网络注入率
• 2.5.2 网络吞吐率
• 2.5.3 网络链路利用率
• 2.5.4 平均网络延迟
• 2.6 本章小结
• 第三章 影响片上网络性能的几个主要机制
• 3.1 片上网络的交换机制
• 3.1.1 片上网络的数据结构
• 3.1.2 片上网络基于包的交换技术
• 3.2 流控机制
• 3.2.1 死锁、活锁和饿死问题
• 3.2.2 虚通道
• 3.2.3 流控策略研究
• 3.3 路由机制
• 3.3.1 路由算法的分类
• 3.3.2 几个常见的路由算法
• 3.3.3 采用路由表的路由
• 3.4 资源分配策略
• 3.4.1 选择策略
• 3.4.2 仲裁和资源分配策略
• 3.5 缓冲策略
• 3.6 本章小结
• 第四章 片上网络性能仿真
• 4.1 模拟平台介绍
• 4.1.1 模拟器
• 4.1.2 流量空间分布及时间分布
• 4.2 电路仿真
• 4.2.1 路由算法比较
• 4.2.2 确定性路由和部分自适应路由在均匀流量分布下的比较
• 4.2.3 确定性路由和自适应路由在非均匀流量分布下的比较
• 4.2.4 选择函数对片上网络性能的影响
• 4.2.5 网络规模对片上网络性能的影响
• 4.2.6 缓冲器大小对片上网络性能的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间参与的课题