片上多核处理器非阻塞环设计和物理实现（

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1、片上多核处理器的非阻塞环设计与物理实现*收稿日期：2015-08-20基金项目：国家自然科学基金资助项目（61133007，61402499）作者简介：陈胜刚（1981－），男，四川邻水人，博士，助理研究员，E-mail：shgchen@nudt.edu.cn陈胜刚1，刘必慰1，齐娟1，华迎召1，刑素芳1，丁艳平1（1.国防科学技术大学计算机学院，湖南长沙410073）摘要：针对少量强核构成的片上多核处理器，设计了一种非阻塞双向环结构。该结构包含5层3种不同类型的环链路层，分别用于传输命令、大量数据以及小量数据；采用源路由方式，设计了专门的拥塞控

2、制网络，防止报文的相互覆盖；路由器采用无缓冲无阻塞结构，单节拍通过环的每个跳步，以降低环的传输延迟并实现可预知的确定延迟传输。针对环的链路距离长位宽大的挑战，通过实验选择了合理的中继器插入方法，并采用相邻导线交替插入反相器以信号线反向交错排布等串扰优化等方法，对环进行了物理设计和和长链路进行了延时优化。最终实现结果表明，所设计的环达到了1GHz的工作主频，并具备高达256GByte/s的链路带宽，完全满足高性能数字信号处理的需求。关键词：非阻塞环；片上网络；延时优化；串扰优化中图分类号：TN95文献标志码：A　　　文章编号：DesignandPh

3、ysicImplementationofaNon-blockingRingonaMulticoreProcessorCHENShenggang1,LIUBiwei1,QIJuan1,HUAYingzhao1,XINGSufang1,DINGYanping1(1.CollegeofComputer,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstract:Abi-directionalnon-blockingringarchitectureisproposedforthe

4、multicoreprocessorwithrelativesmalleramountofhigh-performancecores.Theringconsistsoffiveringlayersofthreedifferenttypesforcommands,hugedataandsmallerdatatransportation,respectively.Thesourceroutingstrategyisemployedandanequipmentstatecontrolinterconnectionisdesignedforcongest

5、ionmanagement.Therouterhasabufferlessandcontention-freestructureandeachhoponlytakesoneclockcycle,thusminimizingthetransmissionlatencyandrealizingdeterministicrouting.ConsideringthelonglinksandhighbandwidthoftheRing,experimentsarecarriedouttofindaproperrepeaterinsertionmethod,

6、andthecrosstalkoptimizingmethodsarestudied,suchasinverterinsertioncrosswisebetweentwoneighborhoodlinesandarrangingneighborhoodlinesinsignaltransportdirection.ImplementationresultsshowthatthedesignedRing’sbandwidthis256GByte/s@1GHz,andcanfulfillthedatacommunicationdemandsofthe

7、digitalsignalprocessingapplications.Keywords:Non-blockingRing;Networks-on-Chip;DelayOptimization;CrosstalkOptimization8随着集成电路工艺的进步，单片上可集成的晶体管数目已经超过10亿，多核体系结构已经成为当前处理器设计的主流架构，片上网络（Networks-on-Chip，NoC）取代传统的总线成为了核间通信的主要方式。激进的多核体系结构通常具备大量的核心，通常被称作众核（ManyCore），但考虑到程序继承性、任务划分的难度以及

8、通信开销，也有许多采用少量强核构成系统，通常被称为片上多核（Multicore）。在片上多核处理器设计中，为提高峰值性能，通常将大量资源