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.

基于虚通道故障粒度划分的3D NoC容错路由器设计

深亚微米工艺下,路由器受制于制造缺陷及运行时的脆弱性,易发生虚通道(virtual channel,VC)永久性故障,从而引起通信故障,影响系统功能和性能.为了能够有效地容忍虚通道故障、保证系统性能及充分利用可用资源,将虚通道故障类型细分为粗粒度故障和细粒度故障,提出SVS(single VC sharing)路由器架构,通过将路由器端口两两分组,组内端口间实现单虚通道共享.当发生虚通道粗粒度故障时,使用组内相邻端口共享虚通道容错.当发生细粒度故障时,根据Slot State Table信息配置虚通道读/写指针的值,从而跳过故障Buffer槽实现容错.在无粗粒度故障情况下,共享虚通道还可用于负载平衡及容忍路由计算模块故障.实验结果表明:较其他已有的虚通道路由器,SVS路由器在3种不同的故障情况下均较大地降低了延时,提高了吞吐量.这表明SVS路由器可有效提高系统可靠性,保证了系统性能,充分利用了可用资源.