參數分簇層次化NoC結構設計優(yōu)化及開銷評估.pdf

1、片上網絡(Network-on-Chip,NoC)是片上多核互連通信的有效解決方案，提高了多核系統(tǒng)的擴展性和通信帶寬。然而，隨著工藝的發(fā)展，芯片集成的核心數目不斷增加，平面NoC結構的網絡延遲和吞吐性能不斷變差。為了克服傳統(tǒng)平面結構的通信瓶頸，研究人員提出了層次化互連NoC，通過增加上層路由平面，提供更豐富的傳輸路徑和網絡資源，使之更適合大規(guī)模網絡通信。
　　目前層次化 NoC結構設計存在以下三方面的問題：(1)層次化結構在不同網

2、絡尺寸下設計不靈活、層間流量不均衡；(2)面向性能優(yōu)化時，層次化結構的優(yōu)化探索問題；(3)由于增加了多層網絡資源，層次化結構的開銷準確評估問題。本文針對以上問題，分別從層次化NoC的結構設計、結構優(yōu)化以及結構開銷評估三個方面對層次化NoC結構進行了研究。論文的主要研究工作如下：
　　1、針對現有層次化NoC在不同節(jié)點規(guī)模下設計不靈活、層間流量不均衡的問題，提出了一種基于參數分簇的層次化片上網絡結構設計方法(PHNoC)。采用2x2

3、與4x4的Mesh分簇作為各層互連單元，通過參數設定各層的分簇尺寸和層間鏈路數量，實現不同節(jié)點規(guī)模下結構的靈活設計；同時設計了可實現層間流控的無死鎖路由算法，采用跨層流控參數實現層間的流量控制。PHNoC結構使得網絡延時和吞吐性能顯著提升，在較大規(guī)模256節(jié)點時，非均勻流量模式下，PHNoC的結構相比2Dmesh結構延時降低18.76％，吞吐提升18.57%。
　　2、現有層次化NoC多為經驗結構，為了有效探索層次化NoC結構設計

4、空間，面向低延時的目標，提出一種面向時延的層次化Mesh NoC結構優(yōu)化算法(LAHNS)。首先基于PHNoC建立了層次化結構的參數模型，基于此模型和流量概率分布建立了網絡端到端延時解析模型，作為優(yōu)化的目標函數，最后通過模擬退火算法進行優(yōu)化，快速搜索得到設計空間中延時最優(yōu)的結構參數組合。實驗表明，延時解析模型準確度可達98%以上，在均勻和非均勻流量模式下，優(yōu)化算法可有效降低層次化Mesh NoC延時，且系統(tǒng)規(guī)模越大效果越明顯。
　

5、　3、針對采用傳統(tǒng)分析方法評估層次化NoC面積開銷不精確的問題，提出基于路由節(jié)點度分類的層次化Mesh互連結構面積開銷評估模型(NDCB)。根據路由節(jié)點度與路由位置相關的特點，分別建立了路由、鏈路統(tǒng)計模型；進而利用業(yè)界芯片面積開銷模型——Orion，獲得精確的網絡面積開銷模型。實驗和ISE綜合結果表明，相比傳統(tǒng)計算方法，NDCB模型具有較好的準確性；此外，兩層的Mesh結構資源在256節(jié)點內增加10%，而三層時增加20%，因此在層次化N