片上網絡低功耗設計研究.pdf

1、隨著人們對提升電子系統(tǒng)性能的迫切要求,今后集成成千上萬個IP的芯片成為一種趨勢。傳統(tǒng)的總線互連結構由于可擴展性較差且無法提供高帶寬,將變得難以適用。對于深亞微米下的復雜SoC,流水化的、包處理的NoC提供了一種有效的互連技術。NoC具有良好的擴展性和電氣可控性,能提供可靠的互連網絡。此外,NoC比總線多了安全控制、QoS和電源管理等功能,具有廣闊的應用前景。本文研究工作從NoC的低功耗設計出發(fā),對其相關技術研究領域進行了探索,主要的研究

2、內容及成果概述如下:
　　 1)Bus和NoC的低功耗編碼
　　 在芯片設計中,功耗已成為一個重要的設計指標。對于總線來說,減少總線上的翻轉次數,就是降低總線上的功耗。針對已經存在的片上總線結構,提出了一種片上總線低功耗編碼算法。該算法不改變現(xiàn)有總線結構,仍可復用連接在總線上的IP,以最小的代價有效地降低了片上總線上所消耗的功耗。但上述編碼算法對NoC效率不高,這是由于NoC使用包交換網絡傳輸,而包交換數據是不連續(xù)的。本

3、文同樣對NoC的低功耗編碼及其它物理層低功耗措施進行了探索。
　　 2)低功耗NoC映射
　　 NoC的映射就是在滿足一定的約束條件下,將任務圖中的IP核放置在拓撲結構的資源節(jié)點上。映射決定了IP核與網絡中的路由器的連接關系,因此它對NoC的性能和能耗有重要的影響。本文提出了一種在延時約束條件下,基于遺傳算法的NoC低功耗映射算法。該算法使用數組方式編碼染色體,并采用非常規(guī)碼的交叉和變異運算因子。實驗結果表明,它能快速有

4、效地對通信功耗作優(yōu)化。
　　 3)多目標映射算法
　　 在實際應用中,NoC的設計目標往往是需要多方面考慮的。隨著芯片尺寸的進一步減小,散熱問題變得越來越重要。功耗大的IP若靠得太近,容易生成“熱區(qū)”。熱區(qū)的生成不僅影響性能,而且?guī)砺╇姽脑黾拥绕渌鼏栴}。本文綜合考慮NoC映射中功耗和溫度兩項指標,在延遲約束條件下,使用基于NSGA-Ⅱ的多目標遺傳算法對它們同時作優(yōu)化。實驗結果表明,該算法在幾乎不增加功耗的情況下,能有

5、效地降低芯片的峰值溫度。
　　 4)GALS時鐘分布策略
　　 NoC集成了諸多工作在不同頻率的模塊,給頂層時鐘樹生成和時序驗證帶來了困難。GALS(全局異步、局部同步)架構適用于NoC的時鐘分布,它能有效地減少時鐘樹上的功耗消耗。但現(xiàn)有的GALS需要定制地設計異步包裝電路,不利于驗證和集成。本文采用通用的數字ASIC設計流程,在僅使用已有標準單元的情況下,提出了一種新的基于FIFO的異步包裝。通過此包裝電路,完成一個信