异构多核SoC片上级联技术研究
发布时间：2021-10-23 20:32
随着片上系统中处理器核数目的增加以及计算任务复杂度的提高,提升片上系统的速度以及性能可以通过在芯片内集成多个处理器核实现,但是,芯片内处理器核之间的数据通信量会随着处理器核数目的增多而增加。因此,芯片的性能不仅仅取决于处理器内核的运行速度,而更多地受处理器核之间数据传输效率的影响。芯片上的多核互联通信结构成为制约片上系统性能的重要因素之一。论文围绕多核处理器片上系统的互联通信结构开展研究,主要工作如下:（1）本文首先介绍了多核处理器的发展现状,并调研了多款业界多核DSP架构。然后探讨了多核处理器片上系统的互联结构,对片上总线的类型和协议以及总线上的互联通信结构进行了总结。（2）本文涉及一款异构簇式多核（>8）DSP芯片的硬件架构、工作模式和运算流程,异构簇内包含DSP核和RASP两种处理器核,其中RASP为用于特殊算法加速运算的可配置专用处理核。在这款芯片的基础上,根据其片上互联通信的功能要求,提出了四种级联方案,包括片上共享SRAM方式、直接跨核取数方式、数据搬运方式和交叉开关互联方式。（3）本文基于SystemC建模语言实现了三种级联方案的周期精确的仿真模型,并测试其运行FF...
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ＡＭＤ公司提出分阶段推进ＣＰＵ内核和ＧＰＵ内核的集成方案??尽利用成的提带了诸多好处，让芯片的性能成倍地增??
互联结构是片上系统应对以上情况可以采用的方案。然而当集成的ＩＰ核由多核??增长到众核时（数十甚至数百核心），多个处理器核之间的数据通信量急剧増长，??共享总线的方式会引起数据传输时的冲突和竞争，交叉开关方式则会导致硬件??开销指数级增涨。相较而言，片上网络（Ｎｅｔｗｏｒｋ?Ｏｎ?Ｃｈｉｐ）以成本低廉的点对??点分组架构取代了传统的总线架构，能够降低的面积和功耗，并能提高系统的??性能和可扩展性。??１．３?—种异构多核ＤＳＰ平台??本文设计是基于一款异构多核ＤＳＰ提出的一种多核互联架构方案。如图??１－４所示，这是一款异构簇式多核（＞８）?ＤＳＰ芯片，每个异构簇内包含ＤＳＰ核??和ＲＡＳＰ两种处理器核，其中ＲＡＳＰ是可配置专用处理核，是专门负责ＦＦＴ算??法、ＦＩＲ运算、相关算法、排序算法等特殊计算的核心。??
星型互联是基于点对点互联总线的扩展，它的互联拓扑结构是将多核ＳｏＣ??片上一个核心模块与其他模块之间采用点对点的方式进行相连，因而核心模块??与其他模块之间构成了一个以核心模块为中心的星型网络，如图２－２所示。它??的主要特点有：??核心模块与其他不同模块之间拥有独立的数据通道，不存在数据传输的冲??突，而且数据可以并发传输。??核心模块与其他模块直接点对点连接，可以比通过总线传输拥有更快的数??据传输速度和更少的信号响应时间。??星型互联结构中，核心模块和其他模块的每条连结都有一条总线相对应，??需要改动时，只需要对单条线路改动，不会影响到整个设计，具有良好的扩展??性。??星型互联架构适合多核ＳｏＣ芯片上只有一个核心模块的情况。系统中所有??其他模块都通过点对点总线跟核心模块连接。因此这种情况下核心模块的处理??速度会成为影响整个芯片性能最关键的因素。但是，使用基于点对点总线的星??型网络因为其数据通道相互独立的特点可以有效解决多核片上系统处理器核之??间数据传输冲突的问题。??Ｓ?Ｓ??Ｍ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多核SoC的雷达信号处理机设计[J]. 陈亮. 微型机与应用. 2017(12)
[2]一种高精度的大点数二维FFT处理器设计[J]. 于东,李丽,韩峰,王堃,丰帆,潘红兵. 现代雷达. 2016(05)
[3]基于贪心算法的3D-Mesh片上网络层间互联结构[J]. 吕天航,刘勤让,赵博. 计算机工程. 2016(09)
[4]SystemC:一种新的系统建模语言[J]. 肖有军,赵虹,李智. 微电子学与计算机. 2002(11)
博士论文
[1]面向特征的SystemC模型产品线的开发和形式化功能验证技术研究[D]. 叶俊.国防科学技术大学 2011
[2]多核SoC片上网络关键技术研究[D]. 刘祥远.国防科学技术大学 2007
[3]系统芯片中片上总线结构的性能评价研究[D]. 吴旭凡.东南大学 2006
硕士论文
[1]基于片上网络多核处理器设计与协同验证[D]. 郭桂雨.北京交通大学 2016
[2]多核SOC片上网络性能解析建模[D]. 李晨锋.东南大学 2016
[3]面向图像处理的FPGA多核SoC互联技术研究[D]. 侯志伟.兰州交通大学 2015
[4]可重构处理器的功能改进与EJTAG设计[D]. 任稳稳.南京大学 2015
[5]HEVC变换模块的VLSI架构设计与实现[D]. 杨启洲.华东师范大学 2015
[6]基于Matrix的大点数FFT向量化设计与实现[D]. 黄琳琳.国防科学技术大学 2015
[7]高阶三角矩阵求逆的VLSI设计与实现[D]. 虞潇.南京大学 2014
[8]基于可重构专用处理器的FIR类算法实现[D]. 鲁恒亚.南京大学 2014
[9]基于TI-C6678的多核DSP图像处理系统研究[D]. 苏保禹.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
[10]可配置专用处理核主控制器设计及实现[D]. 钱禹.南京大学 2014
本文编号：3453871
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ＡＭＤ公司提出分阶段推进ＣＰＵ内核和ＧＰＵ内核的集成方案??尽利用成的提带了诸多好处，让芯片的性能成倍地增??
互联结构是片上系统应对以上情况可以采用的方案。然而当集成的ＩＰ核由多核??增长到众核时（数十甚至数百核心），多个处理器核之间的数据通信量急剧増长，??共享总线的方式会引起数据传输时的冲突和竞争，交叉开关方式则会导致硬件??开销指数级增涨。相较而言，片上网络（Ｎｅｔｗｏｒｋ?Ｏｎ?Ｃｈｉｐ）以成本低廉的点对??点分组架构取代了传统的总线架构，能够降低的面积和功耗，并能提高系统的??性能和可扩展性。??１．３?—种异构多核ＤＳＰ平台??本文设计是基于一款异构多核ＤＳＰ提出的一种多核互联架构方案。如图??１－４所示，这是一款异构簇式多核（＞８）?ＤＳＰ芯片，每个异构簇内包含ＤＳＰ核??和ＲＡＳＰ两种处理器核，其中ＲＡＳＰ是可配置专用处理核，是专门负责ＦＦＴ算??法、ＦＩＲ运算、相关算法、排序算法等特殊计算的核心。??
星型互联是基于点对点互联总线的扩展，它的互联拓扑结构是将多核ＳｏＣ??片上一个核心模块与其他模块之间采用点对点的方式进行相连，因而核心模块??与其他模块之间构成了一个以核心模块为中心的星型网络，如图２－２所示。它??的主要特点有：??核心模块与其他不同模块之间拥有独立的数据通道，不存在数据传输的冲??突，而且数据可以并发传输。??核心模块与其他模块直接点对点连接，可以比通过总线传输拥有更快的数??据传输速度和更少的信号响应时间。??星型互联结构中，核心模块和其他模块的每条连结都有一条总线相对应，??需要改动时，只需要对单条线路改动，不会影响到整个设计，具有良好的扩展??性。??星型互联架构适合多核ＳｏＣ芯片上只有一个核心模块的情况。系统中所有??其他模块都通过点对点总线跟核心模块连接。因此这种情况下核心模块的处理??速度会成为影响整个芯片性能最关键的因素。但是，使用基于点对点总线的星??型网络因为其数据通道相互独立的特点可以有效解决多核片上系统处理器核之??间数据传输冲突的问题。??Ｓ?Ｓ??Ｍ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多核SoC的雷达信号处理机设计[J]. 陈亮. 微型机与应用. 2017(12)
[2]一种高精度的大点数二维FFT处理器设计[J]. 于东,李丽,韩峰,王堃,丰帆,潘红兵. 现代雷达. 2016(05)
[3]基于贪心算法的3D-Mesh片上网络层间互联结构[J]. 吕天航,刘勤让,赵博. 计算机工程. 2016(09)
[4]SystemC:一种新的系统建模语言[J]. 肖有军,赵虹,李智. 微电子学与计算机. 2002(11)
博士论文
[1]面向特征的SystemC模型产品线的开发和形式化功能验证技术研究[D]. 叶俊.国防科学技术大学 2011
[2]多核SoC片上网络关键技术研究[D]. 刘祥远.国防科学技术大学 2007
[3]系统芯片中片上总线结构的性能评价研究[D]. 吴旭凡.东南大学 2006
硕士论文
[1]基于片上网络多核处理器设计与协同验证[D]. 郭桂雨.北京交通大学 2016
[2]多核SOC片上网络性能解析建模[D]. 李晨锋.东南大学 2016
[3]面向图像处理的FPGA多核SoC互联技术研究[D]. 侯志伟.兰州交通大学 2015
[4]可重构处理器的功能改进与EJTAG设计[D]. 任稳稳.南京大学 2015
[5]HEVC变换模块的VLSI架构设计与实现[D]. 杨启洲.华东师范大学 2015
[6]基于Matrix的大点数FFT向量化设计与实现[D]. 黄琳琳.国防科学技术大学 2015
[7]高阶三角矩阵求逆的VLSI设计与实现[D]. 虞潇.南京大学 2014
[8]基于可重构专用处理器的FIR类算法实现[D]. 鲁恒亚.南京大学 2014
[9]基于TI-C6678的多核DSP图像处理系统研究[D]. 苏保禹.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
[10]可配置专用处理核主控制器设计及实现[D]. 钱禹.南京大学 2014
本文编号：3453871
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