片上網路演算模型及性能分析研究

《片上網路演算模型及性能分析研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由錢悅擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：片上網路演算模型及性能分析研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：錢悅
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

隨著積體電路技術的發展，片上網路（Networks-on-Chip，NoC）替代傳統的匯流排或點到點互連成為多核晶片內新的通信架構。性能分析是片上網路一個重要的研究方向，對於構建性能可預測的系統、提供端到端的QoS保證和加速NoC設計空間搜尋意義重大。本課題基於網路演算對片上網路進行系統建模和性能分析，重點推導業務流的端到端延遲上界，研究提供盡力服務的分組交換NoC中，網路衝突、拓撲結構、流量控制、交換策略及緩衝區大小對通信性能的影響。提出NoC中多業務流競爭網路資源的衝突樹演算模型，NoC二維和三維拓撲通信性能的對比分析模型，NoC基於信約的鏈路級流量控制演算模型，NoC虛通道蟲孔交換演算模型。本課題為NoC建立一套完備的確定性性能分析方法，為網路演算這一新興的數學理論開闢一個新的套用領域，具有很高的研究價值和實際意義。

結題摘要

本課題基於網路演算對片上網路進行系統建模和性能分析，研究了NoC延遲上界分析技術、業務流自相似流量模型、積壓上界分析技術、功耗分析模型及低功耗設計技術，為NoC建立了一套完備的確定性性能分析方法，為網路演算理論開闢了一個新的套用領域。主要包括以下四方面內容： 1、NoC延遲上界分析技術 重點推導業務流的端到端延遲上界，研究提供盡力服務的分組交換NoC中，網路衝突、流量控制、交換策略對通信性能的影響。提出多業務流競爭網路資源的衝突模型。分析基於信約的流量控制機制的性能，提出一個抽象的網路服務元素——流量控制器，對信約的反饋控制行為進行建模。提出蟲孔交換網路中業務流在信約短缺、交換機或虛通道分配失敗等阻塞條件下的資源共享分析模型，設計緩衝區共享分析網路構建算法，並給出延遲上界分析方法。 2、NoC 業務流自相似流量模型 首先證明自相似流不能被任意確定性到達曲線所包絡，接著證明若引入一個附加參數——溢出機率，用於刻畫自相似流超越包絡線的突發，那么自相似流就能被一條確定性到達曲線所包絡。“速率、突發、溢出機率”這一三參數流量模型為利用網路演算分析自相似流的通信性能和緩衝開銷提供便利。 3、NoC積壓上界分析技術 分析路由器最差積壓上界可以為確定緩衝區大小和網路擁塞控制提供支撐。提出基於有向競爭圖（DiGB）的方法分析最差積壓上界。首先，分析簡單情形下如何利用網路演算到達曲線和服務曲線推導積壓上界。然後，針對複雜情形，構造一個有向競爭圖（DCG）分析數據流之間關係。最後，採用廣度優先搜尋策略遍歷DCG，DiGB方法把複雜情形分解為基本情形，利用基本情形下的模型完成所有路由器積壓上界的推導。 4、NoC功耗分析模型及低功耗設計技術 提出一種基於網路演算的高效能（PNC）片上網路設計方法，在滿足延遲需求前提下，儘量減少網路能量消耗。首先，分析NoC 中每條業務流最差情況下的通信延遲。基於網路報文在不超過延遲界限時能夠承受的進一步延遲時間（也叫延遲空缺），PNC 方法利用電源閘控技術減少處於工作狀態的緩衝單元，並利用電壓頻率調節技術降低電壓頻率島的電壓頻率，進而降低片上網路的功耗。