国产多核处理器片上网络的设计与性能分析

• 作 者: 董瑞秋
• 出 处: 安徽大学
• 发表日期: 2020年07期
• 关键词: 多核处理器 片上网络 饥饿 性能分析

随着对处理器性能需求的不断提升,高端处理器芯片的发展越来越趋向于在单芯片上集成更多的处理器核心、存储控制器接口和I/O设备。多核已经成为了芯片发展趋势,多核通信结构是提升芯片性能的关键,片上网络是现行主流的片上通信方案。本文基于国产多核处理器的需求,设计片上网络,并分析设计对网络性能的影响。国产多核处理器中,片上网络实现多个核心与三级Cache、多个存储器通道和多个PCIe接口之间的互连,承担着处理器核心与主存、I/O设备与主存、以及处理器核心之间的的通信,片上网络的性能直接影响芯片的整体性能。本文的工作内容如下:1.介绍了片上网络的相关技术研究,包括网络拓扑结构、路由算法、交换技术,分析了常见的拓扑结构、路由算法、交换技术的区别以及各自的优缺点。2.完成国产多核处理器片上网络的设计,设计主要有四个方面:拓扑结构、网络节点、信用策略以及防链路饥饿机制。网络拓扑结构选择环形拓扑结构,为降低网络传输延迟,使用双向环网设计。网络节点中包含数据缓冲、路由、信用管理、仲裁等多个模块,完成数据的接收与转发。环网在固定信用策略外使用了一种协调分配信用策略,协调分配多个网络节点间的缓冲信用,以有效利用目标节点的缓冲资源。为了避免链路饥饿导致饿死现象的发生,环网采用了一种固定时间片协同流控防饥饿机制。3.测试环网的性能,测试指标为网络平均吞吐率与平均传输延迟,分析固定时间片协同流控防饥饿机制、协调分配信用策略中节点可申请的信用阈值、网络节点中顺时针FIFO与逆时针FIFO缓冲深度这些设计因素对环网性能的影响。经过性能测试与分析,本文中固定时间片协同流控防饥饿机制可以有效处理链路饥饿问题,同时对环网的平均吞吐率与平均传输延迟不会造成较大影响。协调分配信用策略中节点可申请信用的阈值为3时,环网性能最好。网络节点中顺时针FIFO与逆时针FIFO缓冲深度为4时环网性能较好,适合实际使用。