片上网络映射及路径分配问题研究

杨晓燕

摘要：片上网络结构突破传统的通信模式，将计算机网络技术融入片上系统，各个模块的数据以交换网络的形式进行传递，利用计算机网络技术，有效提高了数据的传输性能。在片上网络的设计中，片上网络映射技术是非常关键的一步。从NoC设计角度来说，映射与路径分配是相当重要的两个部分，是NoC系统功能和通讯延时最为关键的影响因素。为了以更少的能耗完成更多的任务，完成将更多更复杂的应用任务映射在片上网络有限的处理单元上，对片上网络系统的映射问题和路径分配问题进行模型分析与算法对比，指出路径优化对提高片上网络系统数据流通效率的积极作用，结合实验数据找出有效的映射算法和更高效的路径选择。

关键词：片上网络;映射;路径分配;最优路径

中图分类号  TP393        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）20-0045-03

Research on Mapping and Path Assignment of Network on Chip

YANG Xiao-yan

（College of Information Engineering， Huainan Union University， Huainan 232001，China）

Abstract： Network on chip breaks through the traditional communication mode and integrates computer network technology into the system on chip. The data of each module is transmitted in the form of exchange network. The data transmission performance is effectively improved by using computer network technology. In the design of network on chip， network on chip mapping technology is a very important step. From the point of view of NOC design， mapping and path assignment are two important parts， which are the most important factors affecting the function and communication delay of NOC system. In order to complete more tasks with less energy consumption and map more and more complex application tasks on the limited processing unit of network on chip， the model analysis and algorithm comparison of mapping problem and path allocation problem of network on chip system are carried out. The positive role of path optimization in improving the data flow efficiency of network on chip system is pointed out. The effective mapping is found by combining experimental data Algorithm and more efficient path selection.

Key words： network on chip;mapping; path assignment; optimal path

隨着晶体管技术的发展，半导体技术工艺运用到计算机硬件系统上，集成电路工艺得到了很大改进，用户对电子产品的需求也在进一步提高。目前，晶体管在单位芯片上的集成数量越来越多，计算机芯片的集成度越来越高，相关应用的处理也更加复杂。计算机处理器的片上系统（Multiprocessors System on Chip， MPSoC）的出现目的是为了将数目巨大的晶体管在一个体积微小的芯片上进行高效的管理。片上网络 （Network-on-Chip， NoC）应半导体技术发展而生，越来越被人们所接受和关注，已然成为计算机技术的主要发展方向之一。半导体技术的发展带动了微处理器性能的提高，使得单个芯片上集成的单元数越来越多，带动了多核的出现和发展。片上网络各个部件的通信设计，关系到芯片内部性能的发挥。传统的多核一般采用总线多路设计来解决通信问题，但是有一些缺陷，比如通信总线上容易出现网络拥塞，扩展性不好，还有时钟同步问题需要解决。NoC总体来说是设计出一种包含有多个模块的片上网络结构。各个模块之间是互联的，模块之间互相协作完成相应任务。片上网络打开了基于虫孔交换的基本交换机制，采用全局异步，局部同步的通信方式，动态模型与静态模型的通信机制，提供了解决计算机芯片数据交换中出现的各种问题，如：互联延迟、存储带宽、功耗极限等。NoC设计实现了大规模的电路在单芯片上的集成，与此同时，仍有速度、功耗、面积等多方面因素影响着NoC的性能实现。所以，对于NoC设计而言，映射和路径分配是需要考虑的两个重要问题。芯片上集成的晶体管数目庞大，对于这种级数级的大规模精确求解要在有限的时间内和有限的空间中完成几乎是不可能的，因此，当前国内外的映射与路径优化问题常常采用数学模型算法来实现。