多种片上网络拓扑结构性能评估

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1、浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的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经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝鎏盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：闲针签字日期：驯。年5月箩El学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解逝姿态堂有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝望盘堂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和传播，可以采用

2、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授权书)学位论文作者签名：I虱针导师签名签字日期：2ufo年3月多El签字日期：山，∥年j月浙江大学硕士学位论文1绪论1．1集成电路发展随着半导体工艺的改进和发展，单位面积上晶体管的数目连同片上系统的复杂度都在以摩尔定律所指出的速度不断增大。在过去的20年时间里，数字集成电路经历了巨大的变化，如图1．1所示，从传统的专用集成电路(ASIC，ApplicationSpecialIntegratedCircuit)到单处理器系统芯片(SoC，SystemonChip)，再到如今日渐兴起的多处理器系统芯片(MPSoC

3、，Multi．ProcessorSoC)【¨。iASICEra、}SoCEra．；___·_______。◆{‘--________-____-___-_---l__-·l__----_。__-·____l_--l·-____--____。哆(；19851995；一．鲨兰2璺兰：苎，图1．1数字集成电路20年来的发展趋势1．1．1单处理器系统芯片SoC(System—on．Chip)i殳计技术始于20世纪90年代中期，随着半导体工艺技术的发展，Ic设计者能够将愈来愈复杂的功能集成到单硅片上，SoC正是在集成电路(Ic)向集成系统(Is)转变的大方向下产生的。1994年Motorola发

4、布的FlexCore系统(用来制作基于68000和PowerPC的定制微处理器)和1995年LSILogic公司为Sony公司设计的SoC，可能是基于IP(IntellectualProperty)核完成SoC设计的最早报导【l】。由于SoC可以充分利用已有的设计积累，显著地提高了ASIC的设计能力，因此发展非常迅速，引起了工业界和学术界的关注。浙江大学硕士学位论文SoC芯片的规模一般远大于普通的ASIC，同时由于深亚微米工艺带来的设计困难等，使得SoC设计的复杂度大大提高。在SoC设计中，仿真与验证是SoC设计流程中最复杂、最耗时的环节，约占整个芯片开发周期的50％～80％，采用先进

5、的设计与仿真验证方法成为SoC设计成功的关键。SoC技术的发展趋势是基于SoC开发平台，基于平台的设计是一种可以达到最大程度系统重用的面向集成的设计方法，分享IP核开发与系统集成成果，不断重整价值链，在关注面积、延迟、功耗的基础上，向成品率、可靠性、EMI噪声、成本、易用性等转移，使系统级集成能力快速发展。1．1．2多处理器系统芯片随着并行计算复杂度的增加，单处理器系统芯片已不能满足日益复杂的嵌入式应用需求，为了获得更高的性能、最大化的设计重用、更灵活的编程性等优点，多处理器系统芯片越来越受到人们的重视，并且在超大规模集成电路研究领域中占据了重要的地位【21131。MPSoC的架构可以

6、分为同构和异构两大类。同构是指内部处理器的结构是相同的，而异构是指内部处理器的结构是不同的。为此，面对不同的应用研究处理器结构的实现对未来微处理器的性能至关重要。处理器本身的结构，关系到整个芯片的面积、功耗和性能。怎样继承和发展传统处理器的成果，直接影响多处理器芯片的性能和实现周期。同时，根据Amdahl定理，程序的加速比决定于串行部分的性能，所以，从理论上来看似乎异构多处理器的结构具有更好的性能【41。MPSoC设计面临着许多的困难和挑战，如处理器架构的研究，编程模型，处理器问的通信技术，低功耗设计，验证与调试以及可靠性安全型设计等。处理器架构的研究就是如何能通过各处理器架构的探索来

7、满足高性能和高灵活度的较佳匹配。编程模型的适用性决定多处理器架构能否以最低的代价提供最高的性能。处理器间的通信技术就是根据不同的MPSoC来设计互连通信网络架构，有效减少通信负载(Overhead)，相应提高系统整体并行性能。半导体工艺的迅速发展使微处理器的集成度越来越高，同时处理器表面温度也变得越来越高并呈指数级增长，因此低功耗设计已经成为微处理器研究中的核心问题，也成为当前MPSoC设计中的一大挑战。如何才能快速和有效的验证一个MPsoC系