1. 互联topology  支持包交换、路由协议、任务调度、可扩展

NOC 互连 持续更新

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Bus是最简单的互联,适合small system,当connected nodes太多时,若多个node同时通信,很容易产生contention,bandwidth 太小。所以Bus只适合小系统

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crossbar也是一种常用互联机制,每个node能与其他node直接互联,low latency and high throughput.,但 not scalable 复杂度是Crossbar适合不太大的系统,一般用于几个到十几个connected nodes 的系统。

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多核系统最流行的是Mesh结构。

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2D Mesh结构为二维网格架构,路由器节点按二维网格的方式排列,每个节点上再连接网络适配器和IP核。 一个4×4的2D Mesh结构。2D Mesh结构规则简单,但是边沿和定点位置节点的相对闭塞性,会极大的影响网络性能。

Cluster Mesh结构

Cluster Mesh 结构改变了传统的一个IP核连接一个路由器,将4个IP核连接1个路由器。这样做减少了路由器数量,简化了拓扑结构,但更容易造成数据拥塞。

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2D Torus

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2D Torus结构可以看成是对2D Mesh的一种扩展,即在边界的节点上增加了一条长的环路。因此,网络中所有的节点的度都为4,对于一个n*n的Torus网络,其中m、n为每个维度的节点数,若m==n,则称为规则的Torus。

2D Torus拓扑在物理形式上与2D Mesh相似,但由于其存在很多环路,所以在路由算法和路由仲裁方面都要复杂的多。2D Torus拓扑的各个路由节点都是规则的,每个路由的节点结构都一样,所以扩展性也要比2D Mesh提高很多。

间接性

在间接性网络中,节点处理器通过一个(或者更多个)的中间开关节点相互连接。间接型拓扑包括蝶形拓扑、Banyan、Fat-Tree拓扑等。

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树状结构

该结构类似于数据结构中的树结构,IP为叶子节点,路由器节点作为父节点,在父节点之上可以在增加父节点,层层相扣。降低了设计难度,也降低了物理设计的复杂度。

SPIN结构是一种树状结构,具有16个叶子节点以及8个路由器节点。每个节点拥有4个父节点,通过增加路由节点冗余度的方式,增加多路径选择性,提高系统性能。但是该结构的路由节点复杂,芯片实现难度大。

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Fat tree是二叉树网络,布线资源在靠近根节点的阶段增加。信息需要路由到共同的根节点,再发往目的节点。这可以更好的利用节点的本地优势。

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Concentrators,当对带宽要求不大时,多个node可以通过集中器来共享。

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4个node通过集中器共享一个路由的mesh网络。集中器可以减少router的数量,进而减少hop count。但是会增加网络的复杂度,需要制定一个政策来共享注入带宽。

 

 

 

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2. 其他

NoC的基本组成为:IP核、路由器、网络适配器以及网络链路,IP核和路由器位于系统层,网络适配器位于网络适配层。针对NoC的这四个基本组成,也衍生出了许多的研究方向和优化途径。有效的IP核映射及拓扑结构,能够缩短路由跳数,减少通信量,避免数据拥塞。合理的缓冲分配、可靠的交换技术、高效的路由算法以及合理的功耗管理策略可以提高通信效率,降低整体功耗。

每个node的连接数量degree。如上图中ring结构的degree是2,表示每个node有两个连接。torus是4,而mesh不是所有node的连接数一样。更高的degree会占用更多的路由端口,使实现更困难。

跳数信息从源到目的地所需要的跳数(或它穿过的连接数)。最大hop count就是网络的直径平均hop count常代表网络的传输延时。假设相同数量的node,每个node发送的概率相同,则ring的hop count要更高一些。比如最大hop count,ring是4,mesh是4,torus是2。

最大通道负载,用来评估网络的最大带宽或者每个node可以注入网络的最大bps(bits per second)。一般先看网络中哪个部分最容易堵住,说明这里的通道负载被限制了

路径多样性,源目的之间的最短路径越多就越高。高的路径多样性让路由算法更灵活的均衡负载和绕过故障。

 

 

[1]张剑贤. 高性能片上网络关键技术研究[D].西安电子科技大学,2012.

 

 

 

 

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