存储器访问敏感的片上网络映射算法研究

论文摘要

随着半导体技术的不断发展,越来越多的核将被集成到同一块芯片中,以获得更高的计算能力同时降低整体功耗。传统的点对点和基于总线的通信机制并不能满足迅速增长的多核芯片内部的数据通信。片上网络将芯片内部的各个核连接起来并提供数据包交换服务,为核与核之间的数据通信提供更大的带宽。在大规模多核处理器中,片上网络已经成为一种得到广泛认可的通信解决方案。对于目前的多核芯片来说,与通过片上网络实现的芯片内部的高带宽相比,多核芯片与芯片外部存储器之间的通信带宽相对较小,这已经成为系统整体通信效率提高的瓶颈,这是因为大量的任务为等待访问存储器而处于等待状态,从而降低系统整体性能。SDRAM由于其巨大的存储容量和较高的访存速度成为一种被广泛采用的片外存储器,并且SDRAM中不同的存储体之间能够进行并行操作,这是提高存储器访问效率的关键。针对片外存储器这一通信瓶颈问题,本文提出了一个全新的映射算法——MA-MAP算法,该算法的主要设计思想是：对存储体的访问必须通过特定的链路到达存储器,结合轮询交换机制能够使对同一存储体的访问交替的到达存储器,从而尽可能的提高访存服务的并行性。该算法既能优化芯片内部通信又能提高芯片内部的核与片外存储器之间的通信效率,而且本文提出的映射算法是基于常用的具有轮询交换机制和源路由策略的路由器实现,不需要任何特殊的硬件支持。为了对本文提出的映射算法的效果进行验证,实验中选择了NIRGAM片上网络模拟器,在对其进行功能修改的同时添加了本实验所需要的功能模块：源节点模块和存储器模块。通过实验证明,本文提出的映射算法能够显著的提高存储器的访问效率,并且与经典的片上网络映射算法PBB和NMAP相比,本文提出的映射算法大大的提高了系统总体运行效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 片上网络介绍
• 1.2 研究现状
• 1.3 本文工作
• 1.4 论文结构
• 第2章 相关技术介绍
• 2.1 片上网络关键技术
• 2.1.1 交换策略
• 2.1.2 路由过程中的死锁与阻塞问题分析
• 2.1.3 片上网络的路由算法
• 2.2 SDRAM背景知识
• 2.3 遗传算法
• 2.4 本章小结
• 第3章 映射算法的设计
• 3.1 问题模型描述
• 3.2 总体策略
• 3.3 优化目标和约束条件
• 3.4 存储器访问敏感映射算法
• 3.4.1 函数φ：将存储器区块绑定到中继器
• 3.4.2 函数ρ：路由选择
• 3.4.3 函数π：将任务映射到片上网络节点
• 3.5 本章小结
• 第4章 NIRGAM模拟器及其功能扩充
• 4.1 NIRGAM代码结构与模块划分
• 4.1.1 NIRGAM中的片上网络模型
• 4.1.2 NIRGAM的路由方式
• 4.1.3 NIRGAM的代码结构
• 4.1.4 NIRGAM的功能模块结构
• 4.2 NIRGAM的功能扩展
• 4.2.1 源节点模块设计与实现
• 4.2.2 存储器模块设计与实现
• 4.3 本章小结
• 第5章 实验设计与结果分析
• 5.1 实验设计
• 5.1.1 实验数据生成部分设计
• 5.1.2 映射算法效果验证部分设计
• 5.2 结果分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与未来工作
• 6.1 结论
• 6.2 未来工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间科研情况