面向暗硅的片上网络架构与映射方法研究

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1、中图分类号：TN47论文编号：102870416-S016学科分类号：080902硕士学位论文面向暗硅的片上网络架构与映射方法研究研究生姓名奉桂学科、专业电路与系统研究方向集成电路设计指导教师葛芬副教授南京航空航天大学研究生院电子信息工程学院二О一五年十二月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofElectronicandInformationEngineeringResearchonArchitectureandMappi

2、ngAlgorithmforNetwork-on-ChipinDarkSiliconEraAThesisinCircuitandSystembyFengGuiAdvisedbyVicprof.GeFenSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2015承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已

3、经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要最新集成电路设计发展中出现了暗硅问题，即为了维持多核系统性能而不超过散热设计功耗，部分核需要处于关闭状态或者不能持续长的运行周期，如此为多核系统的通信架构片上网络（Network-on-chip,NoC）设计提出了

4、新的挑战。论文针对面向暗硅问题的片上网络架构和映射方法展开研究。论文首先提出了一种基于分布式管理单元的NoC架构，该架构以分布式管理单元和多模式路由器为关键组件，根据不同的应用需求实现应用任务在处理器单元PE上的映射，并管理路由器在正常、直通与关闭模式间有效切换，从而降低系统功耗开销。进一步，论文还考虑了分布式管理单元的数目以及布局对系统通信功耗与延时的影响，提出了一种基于遗传算法的分布式管理单元优化布局方法。该方法生成的布局结果与常用的布局情况相比，可节省平均15.26%的通信功耗和26.36%网络延时。基于该NoC架构，

5、提出了一种功耗优化的动态映射算法，包含区域协商与基于簇的应用映射两个步骤，以优化应用通信功耗为目标，动态地为多个应用分配处理器单元。采用多组多媒体应用验证了所提算法的有效性，相比常用的动态映射算法NN算法和Tree算法，最高可分别平均节省20.6%和24.8%的通信功耗，同时，可分别降低13%和16.67%的通信延时。针对多个应用动态映射后形成的不规则区域，提出了一种不规则区域路由算法。该算法基于邻接点状态表实现数据包在不规则区域内路由，能够避让关闭模式的路由器，且能够利用直通模式路由器形成的开关连接路由，从而降低节点间的通

6、信距离。实验在NoC系统上含有不同的直通模式路由器数目下，与已有的不规则路由算法CDOR相比，可平均节省20.8%的数据包传输功耗。最后，在RTL级完成了所提出的NoC架构中的分布式管理单元和多模式路由器设计，并评估了两者的功耗与面积开销。关键词：片上网络，暗硅，映射算法，架构，路由器设计I面向暗硅的片上网络架构和映射方法研究ABSTRACTRecently,integratedcircuitdesignisfacedwithnewproblemscalleddarksilicon,whichmeanspartoftheco

7、resonchipneedstobeshutofforoperateinshortcyclesinordertomaintaintheperformanceofmulti-coresystemandnotexceedthethermaldesignpower.AndnewchallengeshavebeenbroughtforNetwork-on-chip（NoC）,thecommunicationarchitectureofmulti-coresystems-on-chip.Thethesiscarriesoutthere

8、searchontheNoCarchitectureandmappingalgorithmunderdarksiliconera.Firstly,weproposeanewNoCarchitecturebasedondistributedmanagerwhichtakesdistribut