高可靠低功耗片上互連網路體系結構關鍵技術研究

《高可靠低功耗片上互連網路體系結構關鍵技術研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由賴明澈擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高可靠低功耗片上互連網路體系結構關鍵技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：賴明澈
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

隨著處理器的多核化發展趨勢，片上互連網路較好克服了傳統匯流排結構的諸多不足，能夠在晶片多核心之間提供一種簡單高效的溝通機制，但工藝的不斷發展與核心數量的繼續增加給片上互連網路帶來了傳輸延遲、通信頻寬、系統功耗與可靠性等方面的嚴峻挑戰。本課題將提出一種支持高可靠低功耗的高性能片上互連網路體系結構，並深入研究其設計實現中的關鍵技術，主要包括：支持單周期路由轉發的高頻寬片上路由器體系結構；系統層、體系結構層、電路實現層等多個不同層次的片上互連網路低功耗技術；門級與體系結構級的容錯加固技術、錯誤檢測恢復技術與可靠性評估；片上互連網路的解析式性能分析方法與體系結構級功耗評估模型，以及高效的片上互連網路硬體資源最佳化設計方法等關鍵技術。本課題的研究可以為未來超高性能處理器片內互連結構的設計與實現奠定堅實的理論和技術基礎，具有重要的理論意義和套用價值。

結題摘要

隨著處理器多核發展趨勢，片上互連網路較好克服了傳統匯流排結構的諸多不足，能夠在晶片多核心之間提供一種簡單高效的溝通機制，但工藝的不斷發展與核心數量的繼續增加也給片上互連網路帶來了傳輸延遲、通信頻寬、系統功耗與可靠性等方面的嚴峻挑戰。本課題針對高可靠低功耗片上互連網路體系結構中若干關鍵技術開展了深入研究，主要包括支持低延遲高頻寬片上互連網路體系結構；體系結構與電路實現等不同層次的片上互連網路低功耗技術；片上互連網路容錯加固技術；片上互連網路解析式性能分析方法與功耗評估模型、片上光互連網路結構等方面。在低延遲高頻寬體系結構方面，先後提出了面向負載整合工作模式的路由算法、面向完全自適應路由算法的流控機制、面向Torus 片上網路的切片氣泡流控機制、支持緩衝一致性協定歸約和多播通信的技術、基於流水線時序最佳化的低延遲虛擬通道片上網路結構、單周期低延遲的片上路由器體系結構、分級虛擬匯流排互連網路體系結構、共享訊息傳遞混合編程硬體結構等多項關鍵技術，取得了較大的國際影響力。在低功耗設計方面，提出了基於層次位線緩衝結構的異步互連網路，實現多個連線埠輸入緩衝共享；提出了高效的片上互連網路的功耗評估方法，基於數據驅動的異步電路技術及異步電路設計自動化流程降低了全局時鐘功耗。在片上互連網路容錯加固技術方面，提出了基於異步單元的門級雙模冗餘結構及基於異步雙沿觸發暫存器的時空三模冗餘結構，防護單事件翻轉錯誤與單事件瞬態錯誤，減少了晶片面積開銷，提出了動態連線使用策略來實現端到端可靠傳輸，具有支持自動重路由、支持報文亂序到達及系統可擴展性高等優勢。在硬體資源最佳化設計方面，提出了適應於虛擬通道路由器的片上互連網路解析式性能分析方法及高效的片上互連網路的功耗評估方法，提出了面向處理器單元的多目標硬體資源最佳化方法最佳化處理器效能。在片上光互連體系結構方面，提出了基於混合驅動機制的片上光互連網路性能分析框架，具有模擬精度、模擬速度和模擬靈活性等優勢；提出了共享光源的對流環狀光互連網路結構，具有低延遲、低功耗、可擴展等優勢。本課題上述研究可以為未來超高性能處理器片內互連結構的設計與實現奠定堅實的理論和技術基礎，具有重要的理論意義和套用價值。