低功耗3d noc综合设计优化算法研究

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1、李媛媛低武功（申请工学硕士学位论文）汉耗理3DNoC工大学低功耗3DNoC综合设综合设计优化算法研究计优化算法培养单位：计算机科学与技术学院研究学科专业：计算机应用技术研究生：李媛媛李指导教师：徐宁教授媛媛武汉理工大2014年4月学万方数据分类号密级UDC学校代码10497学位论文题目低功耗3DNoC综合设计优化算法研究英文题目SynthesisforLowPowerof3DNetworkonChip研究生姓名李媛媛指导教师姓名徐宁职称教授学位博士单位名称计算机科学与技术学院邮编430070申请学位级别硕

2、士学科专业名称计算机应用技术论文提交日期2014年4月论文答辩日期2014年5月15日学位授予单位武汉理工大学学位授予日期答辩委员会主席潘昊评阅人潘昊王舜燕2014年4月万方数据独创性声明本人声明，所呈交的论文是本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的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工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作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期

3、：学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人承诺所提交的学位论文（含电子学位论文）为答辩后经修改的最终定稿学位论文，并授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：导

4、师（签名）：日期万方数据摘要由于高性能的互连需要更复杂的片上系统(SystemonChip,SoC)设计，传统的总线系统架构会导致不可预知的信号延迟，产生更多的功耗。片上网络(NetworkonChip,NoC)的出现，替代了纳米级的总线系统架构。然而，随着集成电路按照摩尔定律的规律发展，芯片中核的数量持续增多，2DNoC已经无法满足系统的性能需求，3DNoC应运而生，开辟了片上互连的新领域。3DNoC垂直方向的设计原理如下，首先在芯片层上使用硅穿孔技术（Through-Silicon-Vias，TSV）

5、，然后用互连线将多层芯片连接在一起。3DNoC的出现解决了许多来自半导体产业的关键问题。因此进行3DNoC的研究具有很大的现实意义。路由器作为NoC结构中至关重要的部分，在整个系统设计中起了很大的作用。因此，关于路由器的位置和相关连接的算法的研究已经广泛而深入。其中，路由器合并算法是一种有效的减小路由器功耗和网络资源面积（路由器和互连线的面积总和）的方法。本文结合了3DNoC片上网络和路由器合并算法，提出了一种增量式的，基于物理因素的路由器合并算法的3DNoC综合方法。首先，把给定应用程序的通讯网络图，进

6、行分层，生成对应的3DNoC的Mesh结构，然后，在此基础上，迭代的进行基于TSV和带宽的联合驱动的路由器合并算法。在芯片面积增加比例大小的约束下，尽可能的合并所有可以合并的路由器，使得TSV的数量减少，系统功耗降低。最终得到一个优化的3DNoC拓扑结构。这个方法在芯片面积的约束下，不仅可以减少TSV的数量，还能降低系统的功耗，减小路由器和互连线的面积。实验结果证明本文提出的算法是简洁有效的，可以在系统功耗，网络资源面积和TSV数量方面都有所改善。从实验中可以看出，使用本文提出的算法后的结果和常规的3DN

7、oC结构相比，芯片面积平均只增长了3%，却使得系统功耗平均降低了33%，网络资源面积减少了41%，TSV的数量减少了11%；而和应用基于带宽驱动的路由器合并算法之后的结果相比，芯片面积减少了14%，系统功耗降低了14%，网络资源面积减少了15%，TSV的数量减少了18%。关键词：3D片上网络，低功耗，TSV数量，路由器合并算法I万方数据AbstractDuetocomplexdesignofhighperformancesystemonchip(SoC),traditionalsynchronousbus

8、communicationleadstounpredictablesignaltransmissiondelayandmorepowerconsumption.NetworkonChip(NoC)hasbeenproposedasanewcommunicationtechnologyinsteadofbus-basedSoC.However,withthedevelopmentoftheintegratedcircuitina