存储器访问敏感的片上网络映射算法研究

发布时间：2020-04-28 07:57

【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。
【图文】：

片上网络中每一个节点由IP核（Intellectual Property Core，，IP Core)和路由器(Router)两部分组成，节点结构图如图1.2所示。其中，IP核既可以是CPU、DSP等计算单元，—I —

一个数据包或者多个数据包的数据片占据的路由节点之间能够形成相互等待的环路，那么在片上网络系统中就形成了死锁。如图2.1所示，图中的4个相邻路由器分别被4个数据片（这4个数据片即可以来自于同一个数据包也可以来自于不同的数据包）占据，在此之后都需要向左转，此时左转下一跳路由己经被其他的数据片所占据，从而就产生了对于通道资源的闭合回路依赖，于是死锁就产生了，这也就导致片上网络系统中产生通信阻塞。数据片d^数据片a数据片b图2.1虫洞交换机制中的死锁图例Fig. 2.1 Deadlock in wormhole switching mechanism死锁产生的根本原因就是多个数据片之间对于通道资源产生了闭合回路依赖关系，要想打破这种依赖关系最简单的办法就是限制传输过程中数据包的传输方向，固定维序路由（dimension-ordered routing)就是一种简单的解决方案。其主要思想是数据片在路由过程中先在一个方向上进行行（列）优先传输，当到达目的节点所在的列（行）时，然后沿着列（行）传输直至到达目的节点。这种方法能够有效的避免死锁
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP333

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本文编号：2643237