面向暗硅的片上网络架构与映射方法研究

发布时间：2017-06-20 02:08

  本文关键词：面向暗硅的片上网络架构与映射方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：最新集成电路设计发展中出现了暗硅问题,即为了维持多核系统性能而不超过散热设计功耗,部分核需要处于关闭状态或者不能持续长的运行周期,如此为多核系统的通信架构片上网络(Network-on-chip,NoC)设计提出了新的挑战。论文针对面向暗硅问题的片上网络架构和映射方法展开研究。论文首先提出了一种基于分布式管理单元的NoC架构,该架构以分布式管理单元和多模式路由器为关键组件,根据不同的应用需求实现应用任务在处理器单元PE上的映射,并管理路由器在正常、直通与关闭模式间有效切换,从而降低系统功耗开销。进一步,论文还考虑了分布式管理单元的数目以及布局对系统通信功耗与延时的影响,提出了一种基于遗传算法的分布式管理单元优化布局方法。该方法生成的布局结果与常用的布局情况相比,可节省平均15.26%的通信功耗和26.36%网络延时。基于该NoC架构,提出了一种功耗优化的动态映射算法,包含区域协商与基于簇的应用映射两个步骤,以优化应用通信功耗为目标,动态地为多个应用分配处理器单元。采用多组多媒体应用验证了所提算法的有效性,相比常用的动态映射算法NN算法和Tree算法,最高可分别平均节省20.6%和24.8%的通信功耗,同时,可分别降低13%和16.67%的通信延时。针对多个应用动态映射后形成的不规则区域,提出了一种不规则区域路由算法。该算法基于邻接点状态表实现数据包在不规则区域内路由,能够避让关闭模式的路由器,且能够利用直通模式路由器形成的开关连接路由,从而降低节点间的通信距离。实验在NoC系统上含有不同的直通模式路由器数目下,与已有的不规则路由算法CDOR相比,可平均节省20.8%的数据包传输功耗。最后,在RTL级完成了所提出的NoC架构中的分布式管理单元和多模式路由器设计,并评估了两者的功耗与面积开销。
【关键词】：片上网络 暗硅 映射算法 架构 路由器设计
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN47
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 缩略词12-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 研究背景13-15
• 1.1.1 片上网络概述13-14
• 1.1.2 暗硅问题概述14-15
• 1.2 国内外研究现状15-18
• 1.2.1 片上网络架构设计15-17
• 1.2.2 片上网络映射方法17-18
• 1.2.3 暗硅背景下NoC设计18
• 1.3 论文的研究内容18-19
• 1.4 论文的组织结构19-20
• 第二章 基于分布式管理单元的NoC架构20-33
• 2.1 基于分布式管理单元的NoC架构组成20-21
• 2.2 基于分布式管理单元的NoC系统运行机制21-24
• 2.3 分布式管理单元数目对性能影响的分析24-26
• 2.4 分布式管理单元的布局26-29
• 2.4.1 问题描述26-28
• 2.4.2 基于遗传算法的分布式管理单元布局方法28-29
• 2.5 实验结果与分析29-32
• 2.5.1 分布式管理单元布局结果29-30
• 2.5.2 性能和功耗评估30-31
• 2.5.3 温度分布31-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第三章 功耗优化的动态映射算法33-50
• 3.1 动态映射问题描述33-35
• 3.1.1 相关定义及问题描述33-34
• 3.1.2 评估指标34-35
• 3.2 算法总体描述35-36
• 3.3 区域协商算法36-41
• 3.3.1 空闲节点表生成36-38
• 3.3.2 映射区域选择38-39
• 3.3.3 多媒体应用实例分析39-41
• 3.4 基于簇的动态映射算法41-44
• 3.4.1 任务通信图处理41-42
• 3.4.2 映射区域节点等级排序42-43
• 3.4.3 一对一映射43-44
• 3.5 实验结果与分析44-49
• 3.5.1 映射单一应用45-47
• 3.5.2 顺序增量映射多个应用47-49
• 3.5.3 动态映射应用49
• 3.6 本章小结49-50
• 第四章 不规则区域路由算法50-61
• 4.1 不规则区域路由算法的主要思想50
• 4.2 邻节点状态表描述与生成50-52
• 4.3 不规则区域路由算法52-54
• 4.3.1 不规则区域路由算法描述53-54
• 4.3.2 路由示例54
• 4.4 路由算法无死锁证明54-56
• 4.5 算法性能仿真与分析56-60
• 4.5.1 算法数据包接收量分析57
• 4.5.2 算法延时性能分析57-59
• 4.5.3 算法功耗性能分析59-60
• 4.6 本章小结60-61
• 第五章 分布式管理单元和路由器设计61-72
• 5.1 分布式管理单元61-65
• 5.1.1 分布式管理单元设计61-62
• 5.1.2 节点状态采集模块62-63
• 5.1.3 动态映射算法模块63-64
• 5.1.4 节点配置模块64
• 5.1.5 分布式管理单元开销分析64-65
• 5.2 多模式路由器设计65-66
• 5.3 路由器性能开销分析66-71
• 5.3.1 单个路由器三种工作模式功能验证66-68
• 5.3.2 路由器组成网络功能验证68-70
• 5.3.3 路由器开销分析70-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第六章 总结与展望72-74
• 6.1 论文总结72-73
• 6.2 工作展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 刘训波;孙小明;;基于二叉树的遗传算法求解设施平面布局优化[J];数学的实践与认识;2011年21期

2 王芳莉;杜慧敏;;片上网络路由算法综述[J];西安邮电学院学报;2011年01期

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本文编号：464316