异步三维片上网络容错路由技术分析

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1、ADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterResearchoftheFault-TolerantAlgorithmofAsynchronousThree-DimensionalNetwork-on-ChipByXiaoyeOuyangHefeiUniversityofTechnologyHefei,Anhui,P.R.ChinaApril,2014万方数据万方数据万方数据49万方数据致谢2014年4月，三年紧张而又充实的研究生生活即将落下帷幕。在硕士毕业论文完成之

2、际，我要向所有给予我指导、鼓励、支持和帮助的老师、同学和亲人致以最诚挚的感谢！首先，感谢敬爱的导师欧阳一鸣老师。三年来，欧阳老师不仅为我们提供了良好的研究和学习的环境，还在论文的选题、资料的收集、课题的研究和论文的完成各个环节，都给予大量宝贵的指导和帮助。欧阳老师学识的渊博、治学的严谨、工作态度的兢兢业业和孜孜不倦的精神令人敬佩，尤其是对科研工作精益求精的精神深深地感染了我，使我更加有信心将自己的全部精力投入到科学研究工作中去。在此，我衷心的感谢欧阳老师对我研究生期间学习和生活的帮助。其次，感谢袁吴铃师姐

3、、杨懿泽师兄和黄贵林师兄对我学术上的帮助和指导；感谢实验室同届的韩倩倩、张一栋、贺超、何敏、潘文、刘凤，他们是我学习和生活上的好伙伴，相互学习、相互帮助，一起走过充实且快乐三年研究生生涯；感谢王悄、陈义军、杨鑫等师弟师妹在我论文撰写过程中给予我的大力支持；感谢曾经给予我帮助的所有老师和同学们！同时，也要感谢陪我度过三年时光的好姐妹：齐梅、刘泽芬、张海荣，当我伤心难过时，是你一直陪着我不离不弃；当我幸福快乐时，也是你们和我分享甜蜜。你们是我今生的挚友，无论天涯海角我们都会牢记这三年在一起生活的美好时光！特别

4、感谢我的爸爸妈妈和赵其鹏同学一直给予我的关爱、支持、鼓励和无私的付出，你们是我一路走来的精神动力，在以后的人生中我也会因此而加倍努力。永远爱你们！在此，祝愿你们永远健康快乐！最后，感谢在百忙之中评阅本论文的专家、教授，感谢你们对本论文的宝贵意见和建议。作者：欧阳小叶2014年04月10日I万方数据摘要随着集成电路制造工艺的持续发展，基于共享总线机制的传统片上系统的体系结构，无法解决复杂多样的系统通信需求，如互连线延时、系统全局同步和设计效率。为彻底解决片上系统瓶颈问题，借鉴了计算机网络和并行计算技术，提出

5、了全新的互连结构——片上网络。它具有更好的可扩展性、可预见性和整体性能。然而为解决二维片上网络布局的局限性，将三维集成技术与片上网络有机结合，形成三维片上网络架构，进一步提升了系统性能。同时，将异步电路设计概念加入到片上网络中，提出了异步片上网络架构，解决了同步片上网络中庞大的时钟树设计导致的面积和功耗问题。异步网络中节点间的通信是通过握手协议控制，且接口统一。因此降低了功耗和电磁干扰，增加了可靠性，提升了整体性能，满足了片上网络的高带宽需求。论文的主要创新点如下：（1）提出一种新型的高效率、低开销的容错

6、方法——基于动态优先级的偏转路由方法。首先考虑目的节点和当前节点的位置关系对路由的影响，提出一种DPDR算法，通过偏转绕过故障区域，始终选择最优路径传输数据包；其次采用两级交叉开关结构的路由器，大幅度降低了数据包传输的平均延时；最后将两者相结合，得到一套完整的容错方法。该方法能有效的降低功耗和平均延时，且面积不随网络规模增大而增加，提高整体性能。（2）采用异步电路和容错路由机制，设计出一种异步可容错片上网络路由器。该异步路由器是基于准延时不敏感逻辑，采用四相握手协议和1-of-4编码方式，且路由计算单元的

7、可容错性硬件设计，是根据当前节点和目的节点的相对位置关系，以选择最少跳数的路径为目标，绕过故障区域路由数据包。这种设计结构具有良好的可扩展性和容错能力，且适合大规模全局异步局部同步系统。关键词：三维片上网络；异步电路；容错；路由算法；硅通孔；II万方数据ABSTRACTWiththedevelopmentofintegratedcircuitmanufacturingprocess,traditionalsystemonchipbasedonsharedbusarchitecturecannotsolve

8、thecomplexanddiversecommunicationneeds,suchasinterconnectdelay,globalsynchronizationandsystemdesignefficiency.TosolvethebottleneckproblemofSystemonChip,borrowedfromcomputernetworksandparallelcomputingtechnology,prop