基于流水线计算的3D NoC测试规划研究

为了提高三维片上网络(3D NoC)资源内核的测试效率,提出一种在功耗约束条件下多播流水线并行测试同构核与单播测试异构核相结合的方法对IP核进行测试。为了减少测试数据因资源冲突而进行等待的时间,设计一种改进XYZ路由算法,并采用改进人工蜂群(ABC)算法求解最佳测试规划方案。以国际标准电路测试集ITC'02作为实验对象,结果表明,测试时间最大优化率达到15.45%,与其他测试规划方法相比该文方法能有效地提高并行测试效率。

面向能耗和延时的NoC映射方法

随着对NoC平台研究的逐步深入，如何将规模庞大的应用合理地映射到NoC半台上成为亟待解决的问题之一．本文基于二维网格结构NoC平台，建立了旨在优化系统通信能耗和执行时间的统一目标函数．提出了通过优化链路负载分布间接优化延时的方法，避免了NoC等待延时精确建模的难题．并且采用蚁群算法实现了面向能耗和延时的NoC映射．调整参数λ，可以选择单一目标或者联合目标优化．本文还对映射结果进行了执行时间模拟．实验结果显示：与随机映射相比，单一目标优化在通信能耗和执行时间上分别能节省（30％～47％）和（20％～39％），而联合目标优化则能在能量支配的映射方案中进一步挖掘时间维度的潜力．

基于2D Mesh的NoC路由算法设计与仿真

在研究Turn Model模型的基础上,提出一种基于2D Mesh结构的XY-YX路由算法,是一种确定性的无死锁的最短路径路由算法。给出无死锁的证明,通过片上网络(NoC)模拟仿真实验平台NIRGAM,将该算法在一个4×4的2D Mesh网络中进行仿真。

处理器可靠性约束的电压频率岛NoC能耗优化

该文针对支持电压频率岛的NoC能耗优化问题,提出了基于电压频率岛划分、分配以及任务映射的能耗优化方法。该方法通过基于处理器可靠性约束的电压频率岛划分,降低了处理器能耗;利用近凸区域选择的电压频率岛分配策略,减少了不同电压岛间复杂路由器的个数;借助量子粒子群算法优化了NoC映射,降低了系统的通信能耗。实验结果表明,该文算法在满足NoC处理器可靠性要求的前提下,可显著降低NoC系统能耗。

针对瞬时故障和间歇性故障的NoC链路容错方法

片上网络中链路是路由器之间连接的关键通路,其发生故障将严重影响网络性能.针对这一问题,提出了一种针对瞬时和间歇性故障的高可靠链路容错方法,该方法可以在网络中实时检测数据是否发生错误,并以此定义瞬时故障和间歇性故障,从而进行容错.在减轻网络拥塞和延时的同时,保证了数据的正确传输,有效保障了系统的高可靠性.当链路中发生瞬时故障导致数据出错且不能正确纠正时,通过设置的重传缓冲区内备份的数据重新进行传输.当链路中发生间歇性故障导致数据出错且不能正确纠正时,数据包传输被截断,对被截断的数据重新添加头微片或尾微片,从而进行重新路由或资源释放.实验结果表明:该容错方法在不同故障情况下较对比对象,均较大地降低了延时,提高了吞吐率,该方法能有效地提高网络的可靠性,保证了系统性能.

基于内建自测技术的Mesh结构NoC无虚通道容错路由算法

在Zhang's算法绕行思想的基础上,提出了一种2D-Mesh结构片上网络无虚通道容错路由算法,用于解决多故障节点情况下片上网络的无虚通道容错路由问题.算法利用内建自测试机制获取故障区域的位置信息,通过优化绕行策略来均衡故障区域周围链路的负载并减少部分数据的绕行距离.针对8×8的2D-Mesh网络的仿真表明,与Chen's算法相比,在故障区域大小为2×2,网络时延为70 cycles的情况下,随着故障区域位置的变化所提算法可提高1.2%到4.8%的网络注入率.且随着故障区域面积的扩大,所提算法在减少通信时延,提高网络吞吐量方面的作用更为明显.

基于故障链路缓存再利用的NoC容错路由算法

建立故障模型是进行片上网络容错研究的基础,传统的细粒度故障模型未能有效地区分链路故障和通道故障.为了进一步提高片上资源的利用率,构建了一种粒度更细的微粒度故障模型,并在该模型的基础上提出了基于故障链路缓存再利用的容错路由算法.该算法为每个通信节点增加4条自收发通道,并采用基于缓存再利用的透传机制,通过复用故障链路两端的正常缓存和通道来透传故障通道上的数据包,提高了数据包采用最优输出端口的概率.实验结果表明,文中算法在高故障比例的片上网络中优势明显,且能以相对较小的硬件开销换取平均吞吐量、平均延迟和数据包平均跳数等性能的大幅度提升.

功耗限制下的NoC测试端口的优化选择方法

提出了一种NoC测试端口位置和数量的优化选取的方法,它在系统功耗限制的条件下,确定input/output端口的对数,以所有核测试路径总和最短为目标,优化选取NoC测试端口的最佳位置。本方案在测试功耗不超过系统允许的最大功耗条件下,最大限度地选取测试端口的对数来进行并行测试,从而能高效地完成对核的测试,同时又能有效地避免因测试带来的器件损坏。实验结果表明这种方法提高了测试效率,降低了NoC的总体测试代价。

基于故障节点再利用的细粒度NoC容错路由算法

针对传统NoC容错算法中容错粒度过粗造成资源浪费的问题,提出了一种细粒度的自适应容错路由算法,对带有部分故障的节点重新利用。算法将各种故障映射为一种功能故障模型,结合新提出的路由端口优先级策略和嵌入的奇偶转向模型,实现数据包的无死锁容错路由。实验表明,随着负载和故障数目的增加,该算法具有更优越的容错性能,证明了算法的有效性。

片上通信结构——共享总线和NoC的分析与比较

采用模块化方法对集中式仲裁共享总线和二维网格片上网络(Network on Chip,NoC)的硬件开销和延迟进行了数学上的分析。在此基础上,通过可综合Verilog代码对这两种片上通信结构在RTL级进行描述,并建立了这两种通信方式的周期准确级的功能验证和性能分析环境。结果表明,在同样工艺条件下,共享总线的面积与NoC相比相当小;但对于大规模片上系统通信,NoC的吞吐效率及带宽明显优于共享总线。

基于多FPGA的NoC多核处理器验证平台设计

为了能够灵活地验证和实现自主设计的基于NoC的多核处理器,缩短NoC多核处理器的设计周期,提出了设计集成4片Virtex-6-550TFPGA的NoC多核处理器原型芯片设计/验证平台。分析和评估了NoC多核处理器的规模以及对FPGA硬件资源的需求,在此基础上给出了集成4片FPGA的开发板详细设计方案,并对各主要模块如互联架构、电源、板级时钟分布、接口技术、存储资源等关键设计要点进行阐述。描述了开发板各个主要模块的测试过程和结果,表明了该设计的可行性。

功耗优先的NoC通讯架构测试方法

文章提出了一种针对片上网络通讯架构的测试方法,该测试方法可以测试路由器各端口以及各条链路;其主要目标是优先考虑降低测试NoC通讯架构过程中所产生的功耗,还可避免局部热点的产生。文中方法根据片上网络中各通讯节点的不同位置,合理地安排测试数据包的转发方式,以减少测试过程中复制转发数据包的数量,从而达到降低测试功耗的目的。实验结果表明,这种方法在提高测试效率的基础上,有效地降低了NoC的测试功耗。

NoC系统设计的研究

片上网络研究涉及从物理设计到体系结构、系统应用、设计方法和工具等诸多方面.文中从系统结构的角度总结了片上网络设计的一些主要研究内容和NoC技术研究发展方向.

面向通信能耗的3D NoC映射研究

对于传统的平面结构,三维片上网络(3D NoC)具有更好的集成度和性能,在单芯片内部可以集成更多的处理器核。3D NoC作为2D NoC的结构拓展,在性能提高和低功耗设计方面更具优越性,成为多核系统芯片结构的主流架构。映射就是应用某种算法寻找一种最优方案,将通信任务图的子任务分配到NoC的资源节点上,保证NoC的通信能耗最小。参照2D NoC的研究方法,提出了针对3D网格NoC的通信能耗模型,采用蚁群算法实现了面向通信能耗的NoC映射。实验结果表明,面向不同网络规模的3D网格NoC平台,蚁群映射同随机映射相比,通信能耗降低可以达23%～42%。

基于多核系统NoC架构的静态列表调度算法

在单芯片多核系统中,No C已成为主流片上通信架构。有效的任务调度是挖掘计算并行性的重要方法。在经典静态列表调度基础上,针对HEFT算法中节点排序会得出较多的优先级相同节点的问题,提出一种节点二次排序的调度方法。在边的调度上应用了ALAP原则,改进算法有效提高了调度效果。实验表明,新方法对bl、blcomp、blio等节点优先权算法得出的任务列表均有良好的调度效果,适应性较好;对于2D Mesh同构No C架构,改进算法对三种节点优先权算法有1.15倍的平均加速比,最大可有1.27倍加速比。

基于双端口RNI的容错NoC架构

为解决片上网络中故障路由器与IP核的通信问题,设计一种低硬件开销的双端口资源网络接口,在传统2D-mesh结构基础上,通过添加部分链路,将每个IP核连接到2个路由器上,并针对该架构设计相应的容错路由算法。实验结果表明,该方案硬件开销较小、容错能力较强。

基于云自适应遗传算法的NoC映射研究

NoC映射是NoC设计中的重要步骤,映射结果的优劣对NoC的QoS约束和通信功耗有着很大的影响。提出一种采用云自适应遗传算法实现NoC映射的方案,该算法利用云模型对传统遗传算法加以改进,以此新方法自动调整遗传算法过程中的交叉概率和变异概率,从而达到优化遗传算法的目的。结合NoC映射中的具体问题,在功耗和延时约束的限制条件下,建立了延时约束下的NoC映射功耗数学模型。实验表明,该方法在NoC映射中取得了良好的效果,降低了通信功耗。

基于PRDT的16节点NoC路由算法

网络结构对于片上网络系统的性能和功耗发挥着重要作用,PRDT(2,1)有着较低的网络直径和平均距离、常数的节点度以及良好的可扩展性,这些特点使其非常适于NoC。为了提高小规模PRDT的路由性能,该文提出了一种binary路由算法,当网络规模不大于16时,该算法无须使用虚拟通道即可实现无死锁路由,通过增加少量虚拟通道,可改进为完全自适应路由算法。对所提出的路由算法与原有的向量路由算法进行仿真比较,结果显示binary算法在硬件成本较低的同时,性能更为优异,完全可以应用于基于PRDT的小规模NoC网络。

基于时间Petri网和THBA的3D NoC测试规划

针对三维片上网络（3D NoC）中IP核并行测试任务复杂、测试效率较低的问题,结合3D NoC测试的特点建立了一种时间Petri网模型,将变迁激发序列作为并行测试任务规划方案。为了获得最短的测试时间,设计拆分编码,在测试路径分配基础上进行顺序调度优化,采用两级递阶蝙蝠算法对变迁激发序列集进行搜索,将测试资源合理有效的分配给各IP核。仿真结果表明,所提模型可以有效地描述3D NoC测试规划问题,算法能够以较大的收敛概率迅速收敛到最优解,缩短了测试时间,提高了测试效率。

二次改进遗传算法与3D NoC低功耗映射

随着集成电路技术的迅速发展,芯片的集成度不断提高,片上众多处理单元间的高效互连成为关键问题,因而相继出现了片上系统(system-on-chip,SoC)和二维片上网络(two-dimensional network-on-chip,2D NoC).当二维片上网络在多方面达到瓶颈时,三维片上网络(three-dimensional network-on-chip,3D NoC)应运而生.三维片上网络已引起学术界和产业界的高度重视,三维片上网络低功耗映射是其中的1个关键问题.之前的研究曾提出过一种基于改进遗传算法的3D NoC低功耗映射算法,并收到了良好的仿真效果.但当问题规模变大时,计算量随之增大、运行效率明显降低.针对这一问题,对3D NoC中面向功耗优化的二次改进遗传算法任务映射机制进行研究,提出了一种新的3D NoC低功耗映射算法,并对该映射算法进行了仿真实验.实验结果表明,在种群规模较大的条件下,该算法不仅能够继续降低功耗,而且能够大幅度地减少映射算法的运行时间.