三维片上网络故障及拥塞感知的容错路由器设计

三维片上网络中路由器的输入端口和交叉开关出现故障,将严重影响整个网络的性能,因此文章提出了一种故障及拥塞感知的容错路由器.通过增加一个冗余的输入端口和旁路总线,不仅能实现对输入端口和交叉开关容错的目的,而且还能在没有端口故障的情况下使用冗余端口有效地解决拥塞问题.实验表明此容错机制能够使得网络在故障路由器多、拥塞严重的情况下,仍然保持良好的性能.

NoC中相邻虚通道循环共享的VOQ容错路由器设计

集成电路的不断发展使得片上系统遇到了不可逾越的瓶颈问题,片上网络因其具有良好的可扩展性、较高的通信效率和可靠性等优势成为了一种新型的互连架构,被研究者们广泛研究.路由器是片上网络中的关键部件,主要负责数据包的存储转发,影响着网络的整体性能,故对路由器的容错设计显得尤为重要.而路由器中缓冲区所占的面积较大,且常见的缓冲区容错方案都可能会产生头阻塞问题,因此需要设计一种容错路由器架构,既可以解决头阻塞问题,又能实现缓冲区容错.该文提出一种相邻虚通道循环共享的VOQ容错路由器设计,可以有效地容忍虚通道故障,在网络拥塞时能最大程度的保证缓冲区的利用率,且在路由器内部虚通道均故障时依旧可以保证整个网络的连通性.在基准VOQ路由器的基础上,该文通过增加多个多路选择器和数据分配器来实现相邻虚通道的共享,增加旁路总线来保证即使输入端口内部虚通道均故障,路由器依旧可用.当数据包所要发往的虚通道故障或者拥塞时,通过借用相邻虚通道或旁路来实现数据包的存储转发,达到了容错的目的,提升网络性能.同时,该文设计了一种基于双向队列的FIFO控制器,通过两套读写指针实现对借用虚通道数据包和非借用虚通道数据包的读写操作.双向队列的设计,保证了数据包在输出时依旧持有VOQ特性,这是绝大多数的缓冲区容错方案所没有的.实验结果表明,在无故障发生时,该文方案较VOQ路由器和multiple VOQ路由器而言平均延时有所降低,吞吐率有所提高;在故障发生时,该文方案的相邻VC因为可以借用,故较VOQ路由器和multiple VOQ路由器,平均延时分别降低了32.3%和23.3%,吞吐率也有所提高.该文方案没有增加额外的FIFO开销,硬件开销上因为双向队列和BIST检测模块的设计较参考文献方案有所增加,但是相对于其达到的性能而言,这种硬件开销的略微增加是可以接受的.在网络出现虚通道故障或拥塞时,该文方案的设计维持了VOQ特性不变,保证了整个网络的连通性,达到了较高的可靠性,系统整体性能较优.

基于信号跳变时间可调整的容错路由器

设计了一种基于信号跳变时间可调整(STTA)的片上网路容错路由器.首先,这种路由器能够准确预测总线的串扰故障,并通过错开信号跳变的方法容忍总线的串扰故障.然后,为了容忍寄存器上的单事件翻转(SEU),路由器中所有的寄存器被替换成双内锁单元(DICE).结果表明:基于STTA的路由器仅需在普通路由器上增加46%的面积开销和70%的功耗开销,就能容忍总线上串扰导致的故障和寄存器上的SEU.与基于TS-HC-TMR和SCAC-TMR方法的容错路由器相比,基于STTA的路由器至少减少了93%的面积和55%的功耗开销,有效地解决了容错路由器开销过大的问题.

片上网络中一种改进的非暂态故障检测方法

提出一种覆盖范围广、成本低的片上网络非暂态故障在线检测和诊断系统;通过使用差错症状采集和报文/数据块计数技术,实现了片上网络数据路径和控制逻辑的高分辨率故障诊断;仿真实验结果表明,该系统既可处理数据路径故障也可处理控制逻辑故障,面积开销很低(低于10%),且无需注入任何测试数据流,不会造成严重的性能开销;如果网络相对健康,则系统性能开销可以忽略不计。