三维片上网络功耗评估及映射算法.pdf

代号10701学号1017122003分类号TN4密级公开题（中、英文）目三维片上网络功耗评估及映射算法Powerevaluationof3DNoCandmappingalgorithm作者姓名魏洁指导教师姓名、职称蔡觉平教授工学微电子学与固体电子学学科门类学科、专业提交论文日期二○一三年一月西安电子科技大学独创性(或创新性)声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名：日期西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。(保密的论文在解密后遵守此规定)本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。本人签名：日期导师签名：日期摘要摘要采用TSV作为垂直互联的三维片上网络结构结合了三维电路和片上网络两者的优势，能获得更高的带宽、更低的延时和更高的吞吐量。但三维片上网络的高集成度也给芯片温度管理问题提出了更高的要求，而该问题的基础是低功耗问题的研究。所以本文以片上网络的互联功耗为研究对象。本文首先建立了三维片上网络的互联功耗模型。互联包括路由和链路两部分，而链路又分为水平链路和垂直链路TSV两类。每一部分的功耗都分为动态功耗和静态功耗两部分，分别进行讨论。接着，本文阐述了片上网络的映射问题，并介绍了三种映射优化算法。文章最后评估了二维片上网络结构、一层Cache和两层Cache的三维片上网络结构在不同注入率下的互联功耗，讨论了不同端口的路由和针对不同包格式的片上网络结构在功耗方面的优劣，并比较了遗传算法、分支界限算法和模拟退火算法三种映射算法的优化结果。仿真结果明确了三维片上网络结构相较于二维结构在功耗方面的优势，在包格式为16bits*16flits的情况下，一层Cache和两层Cache的三维结构与二维结构相比，功耗分别降低了12%和22%。采用包交换策略时，包格式和路由结构的选择都会对片上网络的功耗有显著影响。映射算法的仿真结果表明，不同的映射算法对功耗有不同程度的优化。模拟退火算法与遗传算法和分支界限算法相比，优化效果更明显，功耗降低的比例高12%。关键词：三维片上网络TSV功耗建模映射算法三维片上网络功耗评估及映射算法AbstractAbstract3DNoCscanachievehighbandwidth,lowlatencyandlargethroughput，whichcombinethebenefitofthroughsiliconviasand3DICs.Duetohighpackagingdensityof3DNoCs,temperaturemanagementbecomesacrucialproblem,therefore,theresearchobjectsofthispaperareinterconnectpowerandcachepower.Thisthesisfocusesonestablishingdetailedpowerconsumptionmodelsofinterconnectionandcachein3DNoCs.Theinterconnectedcomponentsincluderouterandlinkswhichcanfurtherbeseparatedintohorizontallinksandverticallinks.Thepowerofeachcomponentisdividedintodynamicpowerandstaticpower.Then,GeneticAlgorithm,Branch-boundsAlgorithmandSimulated-annealingAlgorithmareintroducedtosolvemappingproblemofNoCs.Finally,theenergyperformancesof2DNoC,3DNoCwithonecachelayerandtwocachelayersunderdifferentinjectionsarecompared.Additionally,th