三维片上网络的热/流信息传感机制研究

三维片上网络由于在垂直方向上堆叠了更多的晶片,功率密度与热传递路径明显增加,给系统带来了严重的散热问题。以路由节点的温度与流量等状态信息为依据,通过降低通信功耗和调节通信流量分布来进行散热是三维片上网络中常见的热管理手段。较高的状态信息精度与较宽的信息感知视野有助于在保障芯片热安全的前提下提升系统的整体性能,但在状态信息与数据负荷共用网络的情形下,易产生带宽争用并导致网络拥塞。因而,研究满足散热管理需求且不过度增加硬件开销的热/流信息共享机制具有重要意义。论文在研究和分析了已有片上网络热管理系统中热/流信息共享机制的基础上,提出了一种基于“本地收集、区域交换”的热/流信息辅助传感网络,将三维主网络中的各二维平面网络划分成若干区域,区域内状态信息通过汇聚节点收集,区域间状态信息则通过构建于汇聚节点间的辅助网络进行交换。论文首先构建了汇聚节点分布的数学模型,并基于整数线性规划算法对汇聚节点的分布进行了优化,以降低信息共享网络的硬件开销;同时,为了提升热/流信息在所生成不规则辅助网络中的传输效率,论文设计了基于路径的热/流信息多播路由算法;此外,为了减小热/流信息全局共享带来的额外开销,并降低在全局感知视野下热管理机制的复杂性,论文提出了一种热/流信息融合方案,将多个状态信息进行模糊融合后再进行共享,进而作为热管理机制的依据。论文对片上网络仿真环境Noxim进行了结构改造,形成了基于软件的仿真平台SPNT,可实现不同拓扑规模、不同汇聚节点分布、不同信息共享周期、不同路由算法下的热/流信息传感网络的性能仿真。基于SPNT的性能仿真与评估实验表明,当3D NoC的拓扑规模为9x9x4时,相比状态信息与数据负荷共享传输网络的全局传感机制,本文提出信息共享方案下,状态信息传输的最短周期可缩小55%,而数据负荷的延时可减少了20%,提升了网络状态信息共享的实时性及3D NoC的整体性能。