针对于片上网络的低功耗互连设计

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1、万方数据DesignonLow-powerNoCInterconnectAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinIntegratedCircuitEngineeringByXuChangqingSupervisor:LiuYiProfessorYuYuanqiangSeniorEngineerNovember2015万方数据万方数据西安电子科技大学学位论文独创性(或创新性)声明秉承

2、学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它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了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻

3、读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：万方数据万方数据摘要摘要片上网络(NoC)是一种用于多处理器片上系统(MPSoC)的新型通信方法。该技术采用基于网络通讯的系统架构，不仅提高了通信效率，而且改善了可扩展性。同时，片上网络的引入有效

4、地解决了传统的总线式SoC中出现的全局同步、带宽受限和功耗等问题。然而，随着集成电路工艺地逐步发展，特别是进入深亚微米工艺以后，NoC中互连结构引起的串扰等非理想效应带来了功耗、延时和可靠性等一系列问题。因此如何设计高速低功耗的NoC互连结构成为片上网络设计研究的热点之一。针对NoC中互连的功耗问题，提出了一种新型具有抑制串扰能力的低功耗编码——AGM。该编码的低功耗部分采用在低功耗自校准编码(SCG)的基础上改进得到的GM编码。同时，为了提高编码抑制串扰的能力引入时间编码技术。该编码的编解码器结构中还加入了并串/串并转换电

5、路，通过减少互连线数量的方式降低互连功耗和节约布线资源。仿真结果表明，对于32bit随机数据源，AGM编码将互连线功耗降低了37.51%。为了进一步降低NoC的互连功耗，采用低功耗编码与低摆幅技术结合的设计方案。在发送电路中，先进行AGM低功耗编码，再采用一种基于电荷分享的电容型低摆幅发送电路(CCS)将数据发送出去。AGM编码有效地降低数据的翻转率，CCS电路将电容预加重型技术和电荷分享型技术相结合，不但降低了数据翻转的摆幅，而且使得信号在“0→1”跳变时无需从VDD获取能量，从而使互连线动态功耗直接减半，同时该电路还继承

6、了电容预加重型电路的高带宽优点。在接收电路中，利用AC耦合电阻反馈反相器(CRFI)将信号偏置在VDD/2附近，同时转换为RZ脉冲信号。最后通过迟滞比较器将信号还原为全摆幅信号，并通过AGM解码器还原数据信息。基于SMIC65nm工艺，采用CadenceIC610软件对其进行仿真，结果表明，CCS电路和AGM编码结合的方式能够有效的降低互连线上的功耗，同时提高了其抑制串扰的能力。相比于不使用AGM编码的全摆幅电路，单独使用AGM编码和CCS低摆幅电路在降低功耗方面分别为40%和72%左右，而采用AGM编码和CCS低摆幅电路结

7、合的方式，其功耗下降了82%左右。同时由于数据抑制串扰能力的提高，数据最大传输速率进一步提高。关键词：低功耗编码，低摆幅电路，NoC，互连，抑制串扰I万方数据西安电子科技大学硕士学位论文II万方数据ABSTRACTABSTRACTAsanewcommunicationmode,NoC(Network-on-Chip)willreplacethetraditionalSoCarchitecturetoovercomethelimitationsofthebus.Thistechnologynotonlyimprovesthec

8、ommunicationefficiency,butalsoisflexible.Atthesametime,thistechnologycansolvetheproblemofasingleglobalclockintraditionalcommunicationarchitecture