多鏈路層無阻塞環(huán)形片上網(wǎng)絡(luò)研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體制造工藝的不斷發(fā)展，單個芯片的晶體管集成度與日俱增，多核甚至眾核成為目前微處理器設(shè)計的趨勢。當(dāng)核數(shù)增加時，傳統(tǒng)的總線互連通信面臨著帶寬、可擴(kuò)展性以及功耗等方面的局限。片上網(wǎng)絡(luò)以其高效和可擴(kuò)展性的通信能力逐漸取代總線成為核間通信最主要的方式。然而傳統(tǒng)片上網(wǎng)絡(luò)引入了大量的硬件開銷，使之成為多核處理器的性能和可擴(kuò)展性的瓶頸。為降低硬件開銷，并提高性能，本文面向一款具有高帶寬和低功耗需求的多核DSP處理器，設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一種多鏈路層無阻

2、塞的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且對其性能進(jìn)行全面的分析評價。在此基礎(chǔ)上，本文為下一代眾核乃至百核處理器的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提出了一種低開銷的層次環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因此，本文在理論和工程上都具有重要研究價值和意義。本文的主要研究成果和貢獻(xiàn)包括：
　　(1)設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一款多鏈路層無阻塞的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
　　本文設(shè)計并實(shí)現(xiàn)的多鏈路層無阻塞環(huán)形網(wǎng)絡(luò)采用多鏈路層設(shè)計，提高了帶寬利用率并消除了協(xié)議層死鎖；采用無阻塞路由器設(shè)計，減少了硬件開銷。本文還設(shè)計了全

3、局流控機(jī)制來防止報文丟失和餓死現(xiàn)象的發(fā)生。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文的設(shè)計與基于Dateline機(jī)制的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)和Intel Nehalem-EX處理器的環(huán)形相比，分別有69.4％和12.3%的性能提升，相比于傳統(tǒng)的Dateline環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，降低了大量的硬件開銷，而與Nehalem-EX的環(huán)網(wǎng)硬件開銷則相差不大。
　　(2)設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一款多鏈路層無阻塞的層次環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
　　本文在多鏈路層無阻塞環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，設(shè)計實(shí)現(xiàn)了一

4、種多鏈路層無阻塞的層次環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該層次環(huán)保持了多鏈路層和無阻塞結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。在環(huán)內(nèi)采用雙向通信結(jié)構(gòu)，盡可能減少每個環(huán)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)跳數(shù)；環(huán)間的中間緩存采用虛通道策略，均衡了不同本地環(huán)之間報文流量的中轉(zhuǎn)過渡，同時消耗較少的硬件開銷。在報文排出方面，采用了旋轉(zhuǎn)排出策略，該局部控制策略進(jìn)一步減少了全局開銷。經(jīng)過性能評估，本文的層次環(huán)形網(wǎng)絡(luò)具有非常好的可擴(kuò)展性，并支持百核處理器系統(tǒng)。
　　綜上所述，本文緊緊圍繞著高性能低硬件開銷這一目標(biāo)，基于