三維片上網路晶片關鍵設計技術研究

《三維片上網路晶片關鍵設計技術研究》是依託西安電子科技大學，由周端擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：三維片上網路晶片關鍵設計技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：周端
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

本項目將研究3D NOC 的異步路由、高效通信、體系結構建模、全動態路由算法及熱TSV 分布等關鍵科學問題。基於納米級CMOS 工藝，基於異步電路設計原理和準延時不敏感電路的握手協定，研究異步電路設計方式和全局異步局部同步工作模式對3D NOC 的片上路由器、通信鏈路以及網路接口的性能影響；研究2D 和3D 片上網路在不同拓撲結構、不同流量類型、不同路由算法、不同交換策略、不同電壓頻率島以及不同任務映射情況下對系統功耗的影響，提出相應的握手協定及協定轉換模型、數據封裝工作模型、電壓和頻率自動分配模型、任務自動映射模型、仲裁最佳化模型、鏈路傳輸自適應模型等。考慮3D NOC 的面積、通信頻寬和溫度的約束，套用多級路由技術，粗化劃隔3D NOC 的各區域視窗，通過遺傳算法等手段把TSV 根據約束分配到粗化網路的每個視窗，獲得3D NOC 的熱TSV 通孔最最佳化分配技術。

結題摘要

本項目研究了 3D NoC 的異步路由、高效通信、體系結構建模、全動態路由算法及熱 TSV 分布等關鍵科學問題。基於納米級 CMOS 工藝，本項目採用異步電路設計原理和準延時不敏感電路的握手協定，完成了利用異步電路四相雙軌協定的全異步自調整附加權動態仲裁算法的仲裁器的設計，為NoC路由算法和資源競爭提供了異步解決方案，實現了高速低功耗自定時異步路由。 針對片上傳輸鏈路，提出了一種自應答高速異步雙軌推通道，採用獨立傳輸鏈路，避免了複雜的時序設計，並降低傳輸鏈路間的干擾。以設計的協定轉換電路和通道單元為基礎，完成了兩相自應答異步片上傳輸鏈路。兩相自應答通信鏈路在吞吐量、功耗、面積各方面具有更好的性能。 提出了基於距離導向的適用於二維Torus拓撲與三維Torus拓撲的負載均衡路由算法。改進了開放式Nirgam平台結構，使其支持三維Torus拓撲，並完成了路由算法的仿真驗證。對不同網路規模、均勻流量模式和熱點流量模式下的平均延遲和網路性能進行了評估，所提出的路由算法在熱點流量模式下具有較好的網路數據包延遲表現且功耗較低。 針對NoC中鏈路和路由邏輯的臨時和永久故障，本項目利用CRC校驗檢測出現在鏈路或路由邏輯上的錯誤，提出了容錯片上網路偏轉路由。提出了一種全局自適應的由控制層軟體實現路由決策的路由方案。針對擁塞無關和擁塞感知路由不同的工作機理，本項目設計了基於公平的可變優先權仲裁器的公平仲裁路由算法，並設計了一種新型遠程擁塞感知路由，在全面考慮擁塞信息的同時避免了過大的硬體開銷。並針對三維積體電路散熱問題，研究了TSV的溫度解析模型，尋找TSV面積比例因子的最佳範圍，建立了圓錐形TSV的等效電路模型。 通過上述關鍵問題的解決，有效解決了納米級 3D NoC 的低功耗設計和異步片上通信電路設計方法學以及同異步混合設計的基礎問題。