一种动态容错片上路由器结构设计与实现-design and implementation of a dynamic fault-tolerant router on chip.docxVIP

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2018-06-03 发布于上海
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一种动态容错片上路由器结构设计与实现-design and implementation of a dynamic fault-tolerant router on chip.docx

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一种动态容错片上路由器结构设计与实现-design and implementation of a dynamic fault-tolerant router on chip

一种动态容错片上路由器结构的设计与实现摘要随着集成电路工艺技术的进步，多核结构成为处理器设计和发展的趋势。同时，以总线为通信方式的片上系统将遇到许多瓶颈，为此片上网络（NetworkonChip）作为一种新的解决方案被提出，其具有的高带宽、低延迟等特性使得片上网络成为最有希望取代传统总线的互连结构。另一方面，特征尺寸的缩小使得片上网络中的软错误现象越来越严重，如果设计中不采用容错技术进行加固，系统的可靠性将会不可避免的发生下降，因此高可靠的片上网络的设计成为必要。本文首先针对软错误的发生机理，分析出其在片上网络中的表现形式，确定片上路由器的虚通道作为主要保护部位。然后，本文确定了多模冗余结构高可靠片上路由器的研究方向，并提出了一种动态的多模冗余虚通道概念。主要思想是感知虚通道存储状态，在低负载情况下采用横向的多模冗余结构增加系统资源利用率，提高性能；在高负载情况下采用纵向的多模冗余结构有效减少拥塞，提高系统性能。最后完成了整个高可靠片上路由器的RTL实现，并对流水线重新进行了设计。同时在Nirgam平台上进行了仿真，相对于传统横向或者纵向冗余结构的片上路由器，本设计可以同时在低负载和高负载情况下都取得很好的表现，有效提高了片上网络的性能，综合结果表明面积等开销也处在可以接受的范围。关键词：片上网络、路由器、容错、动态结构IDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFADYNAMICFAULTTOLERANTROUTERFORNETWORK-ON-CHIPABSTRACTWiththedevelopmentofintegratedcircuitstechnology,multi-corearchitecturehasbecomethemaintrendofprocessordesign.Currently,thescalabilityispoorinon-chipbuscommunicationmechanismandhasbeenthebottleneckoftheperformance.NetworkonChipwasintroducedtoreplacethetraditionalbusforitshighbandwidthandlowlatency,andisthemostpromisingmethod.Atthesametime,asthechipsizereachingthenanometerlevel,itbringsmanychallengessuchassofterrortoNoCdesign.Ifwedonotusefaulttolerantdesign,thereliabilityofthesystemwilldecline.SothedesignofreliableNoCbecomesnecessary.Inthispaper,welearnthemechanismofsofterrorandNoC.Andwefindthevirtualchannelwhichoccupiesmostoftheareaisthemainprotectionpart.ThenwedefinethereliablerouterofNoCtoberesearchdirection,andthedynamicreliablevirtualchannelarchitectureisfirstlyproposedinthispaper.Itcandetecttheutilizationofthevirtualchanneltoadjustconfigurationtosupportfordifferentrequirementsinflexibility.TheproposeddesigncanusetransversestructurewhentheloadofNoCislowtoimprovethethroughput,andwhentheloadishighitcanbeswitchedtoverticalstructuretoreducethecongestion.Atlast,wefinishthedesignandimplementationofthereliablerouterbyVerilogHDLandredesignthepipelinestructure.Atthesametime,wefinishthesimulationonNirgamplatform.Comparedwithtraditionaltransverseorverticalstructure,theproposeddesigncangetgoodperformanceatlowandhighload.Thesynthesisresult