一种基于气泡流控的改进多播路由算法

多播通信在片上多核系统中占据很重要的地位,并会对多核系统上并行应用程序的性能产生很大影响。现有的多播路由算法大多存在资源利用不均衡的不足,从而导致片上缓存资源的利用率较低。提出一种新的基于气泡流控的多播路由算法,该方法充分利用了片上网络的缓存资源,并通过向网络注入气泡避免了死锁现象的产生。实验表明,该方法可以有效提高片上网络中多播通信的性能,在合成负载下,该方法相对于均衡自适应多播路由算法可以实现18.1%的网络平均时延的降低以及16.7%的网络饱和吞吐量的增加。     

基于自相似排队模型的片上网络缓存分配算法

为提升片上网络在自相似通信特征下的网络性能,依据片上网络数据流的自相似特性,通过建立虚通道自相似排队模型,提出一种基于自相似排队模型的片上网络缓存分配算法.算法首先利用已建立的排队模型计算虚通道缓存溢出概率,然后依次为溢出概率最大的虚通道缓存队列递增缓存深度,每次增加一个微片,直至达到总缓存配额阈值.实验结果表明,与现有的基于排队模型的算法相比,文中算法在相同缓存开销下可获得更小的平均包延迟,在同等平均包延迟下可节约25％的缓存开销.     

基于平均传递概率的容迟网络路由算法的设计

为了提高容迟网络的传递率、降低传输延迟、对节点缓存进行更有效的管理, 结合已有的PROPHET和Spray and Wait算法, 提出了一种基于平均传递概率的容迟网络路由算法RAB-ADP。在该算法中设置了一个与时间有关的平均传递预测概率参数进行消息转发的决策, 解决了PROPHET算法容易产生路由抖动的缺点。算法综合利用了复制和知识两个属性, 采用{MOPR; FIFO}队列策略组, 通过消息传送完毕的ACK确认信息进行缓存管理和网络中冗余消息副本的删除。仿真实验表明, 该算法在节点缓存大小不同以及网络中节点数目不同的两种情况下, 传递率和路由开销比率的性能均优于其他经典路由算法。     

稀疏机会网络中基于固定中继节点与消息相关性的缓存管理策略

针对稀疏机会网络中固定中继节点和移动节点间的相遇频率以及缓存资源的差异性问题,在多副本路由协议中,提出一种结合固定中继节点重要性和消息相关性的缓存管理策略。该策略通过交互固定节点和移动节点的接触信息和消息队列信息,减少固定中继节点缓存中冗余消息的数量,从而合理地利用固定中继节点的缓存资源。仿真结果表明,所提的缓存管理策略能够在保证消息传输成功率的基础上提高固定中继节点缓存空间的利用率。     

ATM网络节点模型的研究与设计

本文根据ＡＴＭ的特点及资源管理方法，提出了通用网络节点模型，同时采用一种虚时钟算法进行缓存管理，完成了通用网络节点模型的队列管理结构的研究与设计，在理论上进行了模型的性能分析，在实验室中，完成了Ｎ节点的模型实验。     

2D Mesh片上网络分区容错路由算法

为了减小路由表的规模且避免使用较多虚通道(VC),从而降低硬件资源用量,针对虫孔交换的2D Mesh片上网络提出了一种分区容错路由(RFTR)算法。该算法根据故障节点和链路的位置将2D Mesh网络划分为若干个相连的矩形区域,数据包在矩形区域内可使用确定性或自适应路由算法进行路由,而在区域间则按照up^*/down^*算法确定路由路径。此外,利用通道依赖图(CDG)模型,证明了该算法仅需两个虚通道就能避免死锁。在6×6 Mesh网络中,RFTR算法能减少25%的路由表资源用量。仿真结果表明,在队列缓存资源相同的情况下,RFTR算法能实现与up^*/down^*算法和segment算法相当甚至更优的性能。     

一种无缓存片上网络交叉开关调度机制

提出一种无缓存片上网络的交叉开关调度机制.无缓存是指将路由节点输入端口缓存以及相应的控制逻辑移除,以降低实现开销.该调度机制在每个输入端口设置一条自回环通道,并在“偏转”路由基础上采用一种基于“偏转”和自回环次数的优先级策略,以通过减小“偏转”次数提高无缓存片上网络的网络性能.实验表明,此调度机制相对于基本的无缓存机制,可保证在硬件开销与能耗不增的前提下,提高网络性能;相对于典型的有缓存机制,在负载较低时其网络性能更优,负载较高时性能略低,但可使硬件开销与能耗分别下降58.9％与40.2％,并使频率提高74.6％.     

无尺度网络的数据包传输元胞自动机模型研究*

为了更真实地模拟网络行为,提出了一种基于无尺度网络的数据包传输元胞自动机模型,模型中通过增加缓存队列大小和提高中心节点的处理速度来减少丢包数,提高网络性能。仿真结果表明,在元胞交互规则的作用下,数据包发送速率,缓存队列大小和丢包数在时间序列上都具有自相似特性,自相似程度呈现负相关;它们在时间序列上是长程相关的,在功率谱图中都具有幂律分布特性,在高频段呈现出白噪声特性。     

一种异构片上网络路由算法的研究

随着集成电路工艺的迅速发展,传统的片上网络由于缓存引起芯片面积开销和能耗增加,从而使得无缓存路由技术得到了广泛关注。通过消除缓存, 整体的流水线进程大大得到简化,性能得到提高。但当网络负载量较大时,数据包被多次偏转或误传,导致网络的延迟增加,系统健壮性较差。针对片上网络运行应用的多样性,异构网络作为一种相对灵活的网络结构,能有效地降低网络的传输时延,提高系统性能。文中设计了无缓存NoC和带缓存NoC两种路由方式相结合的异构片上网络,并匹配静态路由算法和动态的自适应路由算法(AFC)进行数据包的传输。同时,还提出了一种针对AFC的优化算法(AFC-LP),其通过对无缓存路由计算的二次仲裁,进一步降低了通信的平均时延,提高了网络性能。实验表明,AFC-LP算法相比于传统带缓存的维序X-Y路由算法,片上网络的平均延迟降低了28.4%,CPU每一时钟周期内所执行的指令数IPC(Instruction Per Cycle)提升了10.4%。     

基于片上网络的低偏转率微缓存路由器

片上网络通常使用输入输出缓存或交叉开关缓存存储微片以提高路由器性能,导致大量消耗片上资源并显著增加功耗。无缓存路由器被提出用于解决该问题,但存在低效率的偏转,不适用于中、高负载的网络。为此,设计一种基于方向向量路由策略的低偏转率微缓存路由器。采用一个旁路寄存器和一个回环寄存器的设计,通过二分图最大匹配调度算法优化微片路由。在Xilinx Vivado上的仿真结果表明,该路由器的性能与RIDER路由器相当,但寄存器使用减少55%,并且在高负载网络中性能优于CHIPPER,Min BD和RIDER路由器。     

面向片上网络缓冲资源争用的路由器设计

针对片上网络典型路由器的缓冲资源利用率不高、大容量缓存设计受限等问题,在不增加缓存和虚通道的情况下,提出一种新的面向片上网络缓冲资源争用的路由器设计方案。在该路由器中,当某个输入端繁忙发生资源争用情况时,将阻塞数据包分配到其他拥有空闲缓存资源的输入端口,解决缓冲资源的争用问题,从而提高网络整体性能。SystemC仿真结果表明,相对于基本路由器,该路由器在热点模式和均衡模式下均具有较高的网络饱和率和吞吐量,尤其在热点模式下提高了约11.4%的饱和率。FPGA实现结果表明,该路由器的面积开销较小,能较好满足片上网络的应用需求。     

Buffer planning for application-specific networks-on-chip design

Networks-on-chip (NoC) is a promising communication architecture for next generation SoC. The size of buffer used in on-chip routers impacts the silicon area and power consumption of NoC dominantly. It is important to plan the total buffer-size and each router buffer-allocation carefully for an efficient NoC design. In this paper, we propose two buffer planning algorithms for application-specific NoC design. More precisely, given the traffic parameters and performance constraints of target application, the proposed algorithms automatically determine minimal buffer budget and assign the buffer depth for each input channel in different routers. The experimental results show that the proposed algorithms can significantly reduce total buffer usage and guarantee the performance requirements. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60803018)     

支持双拓扑结构的片上网络评估高层仿真平台

为实现高效的NoC（片上网络）性能评估, 缩短系统芯片的开发周期, 针对时钟精确级的NoC仿真方法进行研究, 提出了一种新型的高层次、高效率仿真平台, 与仅支持网格拓扑结构的传统仿真器相比, 其创新地支持了网格和环型双拓扑结构的性能评估, 同时支持虚通道扩展的路由器结构设计, 能快速得到网络的延迟、吞吐率、功耗等性能结果。实验结果表明, 该仿真平台能准确模拟NoC功能行为, 快速获得其仿真性能, 为NoC设计验证提供了高效的方法。     

An analytical model for Network-on-Chip with finite input buffer

An analytical model is proposed for input buffer router architecture Network-on-Chip (NoC) with finite size buffers. The model is developed based on M/G/1/K queuing theory and takes into consideration the restriction of buffer sizes in NoC. It analyzes the packet’s sojourn time in each buffer and calculates the packets average latency in NoC The validity of the model is verified through simulation. By comparing our analytical outcomes to the simulation results, we show that the proposed model successfully captures the performance characteristics of NoC, which provides an efficient performance analysis tool for NoC design.     

基于数据流向的片上网络动态缓存分配机制*

为了有效利用缓存资源,提出一种动态分配片上网络路由器端口缓存的方法,根据传输方向将输入端口接收到的数据分成不同的组,每个组对应一个输出端口,并将数据以组的形式进行存储,控制部件根据各个组数据规模为其动态分配缓存资源。与基于虚通道的动态缓存分配方式相比,该方法降低了控制和仲裁的复杂度。仿真结果表明,获得同等性能的条件下,该方法可以有效降低缓存的需求。     

Wormhole cut-through switching: Flit-level messages interleaving for virtual-channelless network-on-chip

A VLSI microrchitecture of a network-on-chip (NoC) router with a wormhole cut-through switching method is presented in this paper. The main feature of the NoC router is that, the wormhole messages can be interleaved (cut-through) at flit-level in the same buffer pool and share communication links. Each flit belonging to the same message can track its routing paths correctly because a local identity-tag (ID-tag) is attached on each flit that varies over communication resources to support the wire-sharing message transportation. Flits belonging to the same message will have the same local ID-tag on each communication channel. The concept, on-chip microarchitecture, performance characteristics and interesting transient behaviors of the proposed NoC router that uses the wormhole cut-through switching method are presented in this paper. Routing engine module in the NoC architecture is an exchangeable module and must be designed in accordance with user specification i.e., static or adaptive routing algorithm. For quality of service purpose, inter-switch data transfers are controlled by using link-level overflow control to avoid drops of data.     

低功耗片上网络路由器设计

针对片上网络路由器功耗问题,在系统级层次上对影响路由器功耗的虚通道数目、缓存深度和数据微片位数等关键因素进行了研究。提出了综合多种功耗关键因素以及虚拟通道共享交叉开关输入端口的功耗降低方法,设计实现了一种低能耗的NoC路由器。实验结果表明,与Alpha 21364路由器和IBM InfiniBand路由器相比,所设计的路由器具有较低的功耗。     

一种基于二步流控方法的片上动态虚通道路由器

片上硅面积和功耗受到严重限制,报文缓冲区容量也受到严重限制,如何高效使用报文缓冲区是NoC设计的关键问题之一.动态划分虚通道缓冲区是高效使用报文缓冲区的有效方法之一,但会增加拥塞程度,甚至出现无限拥塞的情况.提出一种基于二步流控方法的片上动态虚通道(DAVC)路由器,该二步流控方法将报文分成报文头和报文体两部分分别运用流控算法.实验结果表明:与静态虚通道(SAVC)片上路由器相比,在缓存容量相等的情况下,DAVC路由器能提高23.2%的吞吐率,传输延迟降低27.2%;在DAVC缓存容量减半的情况下可获得相近的性能,节省28.3%的面积与23.8%的漏电流功耗.     

CbRouter:一种利用交叉开关旁路的双向链路片上网络路由器

片上互连网络为多核体系结构提供了高效的通信支持。目前的片上网络通常采用单向传输链路,链路资源利用率较低。为了实现链路带宽资源高效分配、进而高效利用链路带宽资源,提出了一种新的双向链路调度算法,并设计了一种支持此算法的双向链路路由器。这种新型的路由器结构能够在不影响路由原有数据通道条件下,提供一条旁路数据通道来快速传输数据。实验结果表明,应用该双向链路路由器可使Mesh网络饱和吞吐率和链路平均利用率分别得到最大83.3%和24.53%的提升。     

端口故障粒度划分的虚通道动态分配式容错路由器设计

高可靠性是高性能片上网络路由器发展的重要方面,针对目前虚通道动态分配式路由器端口易发生故障的问题,提出了一种基于端口故障粒度划分的容错路由器设计。首先,结合虚通道动态分配方式的特殊性以及故障发生特性,建立了一种粒度划分的端口故障与拥塞预测模型;然后在此模型的基础上结合实时故障检测方法设计相关容错电路,增加邻端口共享模块,设计容错读写指针控制逻辑电路;最后依据设计的电路提出容错与拥塞缓解方案。实验结果表明,在各种端口故障模式下,该路由器均能保持较好的容错特性,性能衰减较小,并且具有较好的性能提升与面积开销比。