面向片上网络容错偏转路由器设计与优化.pdf

【文章标题】面向片上网络容错偏转路由器设计与优化 【摘要】随着集成电路工艺技术的不断发展，纳米级别的芯片制造使得片上网络（Network-on-Chip, NoC）的可靠性成为了设计的关键因素。本文提出并实现了一种基于增强学习的容错偏转路由器设计，该设计能在发送数据包的同时，利用增强学习的方法动态调整路由表，从而实现容错路由。为了提高路由器的性能，进行了流水线优化设计，采用两级流水线架构。在TSMC 65nm工艺下，这种优化后的路由器频率提升至750MHz，面积开销仅增加了22%。在合成通信模式下的模拟结果显示，两级流水线容错偏转路由器的平均网络延迟优于无流水线的路由器。 【主要知识点】 1. 片上网络（NoC）：NoC是一种在集成电路中集成的多处理器系统，通过通信网络连接各个处理单元，以提高芯片性能和能效。 2. 容错路由：当网络中的某些部分发生故障时，容错路由机制可以确保数据包能够通过替代路径到达目的地，提高系统的健壮性和可靠性。 3. 增强学习：这是一种机器学习方法，通过与环境的交互，使智能体（在此案例中是路由器）能够在每次行动后根据奖励或惩罚更新其策略，以达到最佳性能。 4. 偏转路由器：不同于传统的基于固定路由表的路由器，偏转路由器可以根据网络状况动态调整路由决策，尤其是在容错情况下。 5. 流水线优化：将路由器的操作分解为多个阶段，每个阶段在独立的硬件单元中并行执行，以提高处理速度。文中采用了两级流水线设计，显著提升了路由器的运行频率。 6. 集成电路工艺：TSMC 65nm工艺代表了当前先进的微电子制造技术，该工艺能够实现更小、更快、更节能的芯片设计。 7. 性能评估：通过综合结果和模拟工作负载，对比了有无流水线设计的路由器在频率、面积和延迟上的差异，证明了优化设计的有效性。 8. 平均网络延迟：衡量路由器处理数据包传输所需时间的一个关键指标，较低的延迟意味着更好的系统性能。 本文研究的重点在于提高NoC的容错能力和性能，通过增强学习实现的容错偏转路由器设计，以及针对这种设计的流水线优化，为片上网络的可靠性和效率提供了新的解决方案。这些研究成果对于未来集成电路和高性能计算系统的设计具有重要指导意义。