三维片上网络功耗评估及映射算法

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