多核处理器的容错路由与粒度建模研究

发布时间：2020-05-30 16:57

【摘要】：随着技术的进步,多核乃至众核处理器已是处理器领域的技术大趋势。在此背景下,多核的片上互连技术显得越来越重要。但是越来越小的特征尺寸和越来越高的集成度使得芯片越来越难以在可以接受的良品率范围内进行正确的制造,加上芯片在使用过程中由于电迁移、依赖于时间的栅介质击穿等老化原因,某些部位会失效。为了提高片上网络的可靠性,在某些部位出错的时候保证其他节点之间能够继续通信,使得可以容纳错误的互连组件显得愈发的重要。一方面它可以提高芯片的良品率,另一方面可以变相地延长芯片的使用寿命。本文采用系统分区和分而治之的策略,将网络分成九个区域,每个区域的路由器可以容纳各自区域内的出错节点,同时这些区域又可以协同起来有效地容纳多个区域同时出错的情况,从而增强了系统的容错能力；该算法具有良好的扩展性,硬件开销不随系统规模的增大而增大；当新的节点发生错误的时候,系统完全的可重配置；灵活的路由限制集一方面可以保证该算法是免于死锁的,另一方面也使负载分步得更加均衡；基于SystemC的平台仿真以及各种负载特性下的性能体现了其优越性,相对于传统的Extended-XY容错路由算法；130nm标准CMOS工艺下的实现结果表明,相对于LBDR硬件开销几乎没有增加,但是容错能力却大大加强；相对于R-DSPIN算法,降低了大约37%的硬件开销,但是其可重配置能力却得到了加强。同构多核处理器由于具有内在的冗余性可以进行有效替代,我们进一步对其建模与量化估计。本文首次从处理器的粒度出发,对同构多核处理器的良品率、平均可达到的性能、达到峰值性能门限的概率以及不同粒度处理器的平均无故障时间(MTTF)进行理论建模与评估；综合考虑核的处理能力和核间的通信延时,给出了多核处理器高层设计的一种复合性能评估指标——三维空间搜索(3DSpace Exploring),在良品率、可靠性和综合处理能力之间进行有效的折中,从而为多核处理器的高层建模提供一些设计准则。
【图文】：

引文,相关研究

C的国内外研究现状NoC的概念和设计方法学的提出，NoC的相关学术研究己经蓬结构、路由算法、服务质量、性能评估、任务调度跟映射、可性、NoC平台研究、NoC设计方法和工具链等等。术界，NOC的概念从1999年第一次被提出，经过十年多的发逐渐进入高峰阶段，并且己经取得了不错的进展，越来越多的到NoC的潜力，纷纷投入其中并推动着它的发展，使得NoC跃的学术前沿领域。据不完全统计，全球范围内有上百所所大级的工业界研究机构正积极从事NOC相关领域的理论研究和中影响较大的有NOCAic项目，，基于“胖树”拓扑结构的多核SP则，以及MIT的RAW等。到2005年该领域中的研究成果日形成一个理论体系，各种有关NOC的研究成果和论文大量涌，NoC相关引文数量呈现逐年增加的趋势。这些研究工作涉及面，包括路由节点的实现方案，任务的映射以及延时、功耗、测试设计、性能优化、可靠性等方面的研究。每年的引文

树结构,网格

加之每个节点可以单独工作在各自的时钟域，极大地降低了时钟网络的设计复杂度和时钟树的功耗。目前NOC的研究涉及到拓扑结构、路由算法、服务质量、性能评估、任务调度跟映射、可测试性设计、可靠性、NoC平台研究、NoC设计方法和工具链等诸多方面，本章将对目前NoC研究中涉及到的一些关键问题和研究成果做一些简单的总结介绍和评价，并重点介绍容错路由和可靠性相关方面的研究工作。2.1NoC关键问题研究2.1.1网络拓扑结构选择合适的拓扑结构是NoC设计中非常关键的问题之一。目前大部分的NOC研究和设计借鉴了宏观的网络体系结构，包含规则和不规则两种。常见规则结构如ZDmesh结构、3Dmesh结构、Toms结构、二叉树树结构、环形结构等，图2.1示例了其中几个典型的规则结构。多家研究机构采用了ZDmesh或者其变形ToruS结构为网络的拓扑结构。
【学位授予单位】：复旦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP332;TP302.8

【参考文献】