3D-TCNoC热均衡片上网络的设计与评估

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1、DesignandEvaluationofa3D-TCThermal-BalancedNetworkonChipAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinIntegratedCircuitandSystemDesignByWangZhenSupervisor:ShiJiangyiAssociateProfessorDecember2015西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导

2、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作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。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于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分

3、内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要多核处理器芯片随着芯片尺寸的日渐减小，对通信带宽的要求日渐增加。随着TSV技术的日渐发展，制造三维集成电路也逐步成为现实，将其与片上网络的特点相结合，三维片上网络便应运而生。片上网络主要用来满足对性能要求较高、芯片面积要求较严格的电路设计。但是，由于多层堆叠技术中高功耗高密度将会造成三维片上网络的温度过高，因此温度特性的考量也成为了三维片上网络系统设计当中不可忽略的关键问题。本文开展了

4、以下研究：首先，在分析三维片上网络热问题的当前研究现状以及三维片上网络相关的关键技术的基础上，提出了基于3Dmesh交叉开关路由器的热模型。该模型将网络当中的热量来源分为两个部分，其一为路由器本身产生的热量，其二为路由器与路由器之间由于温度差所产生的热量传递，路由器本身产生的热量由路由器的结构所决定，由于温度差产生的热量传递由半导体材料本身及其热阻做决定。整个片上网络的温度模型根据每个路由器t时刻的温度来决定。其次，基于上述热模型，设计了一种新的片上网络热均衡路由算法和带有热量控制器的路由器，通过在热量控制器中加入前述设计的路由器热模型，用于计算当前时刻路由节点的实时温度，本文给出的热均衡路

5、由算法采用基于维序路由的无死锁自适应路由算法，通过避免转弯的方式来避免路由算法当中出现的死锁问题，当数据传输至当前路由节点时，首先根据其目的节点判断其可用的最短路径的可传输方向，之后根据相邻路由器的温度信息将数据传送至周围没有超过温度阈值的路由器，当相邻的路由器的温度都超过阈值时，网络采用zxy维序路由完成数据的传输。最后，建立了3D-TCNOC片上网络的性能评估平台，对该热均衡路由算法进行了性能评估与对比。该评估平台采用了开环互连网络测量的方式：当数据包分组产生后，它们将存储在节点本地输入端口的一个无限深的队列中，然后根据节点路由情况注入到网络当中。这种开环的测量网络的方式将数据产生和网络

6、数据传输隔离开来，即数据产生与网络的工作状态是独立的，该方法可更加准确的测量出网络当中的各项性能指标。实验结果表明相对传统的zxy路由算法呢，本文提出的热均衡3D-TCNOC的路由算法既能有效降低系统的最高温度，同时使温度分布更加均衡。关键词：三维NOC，热均衡，热模型，路由算法I西安电子科技大学硕士学位论文IIABSTRACTABSTRACTWiththescalingdownofVSLIchipsize,thedemandsforthecommunicationbandwidthareincreasingquickly.WiththedevelopmentofTSVtechnology,

7、thethree-dimensionalintegratedcircuithasbecomeareality.However,duetothehighpowerconsumptionandhighdensityofthreedimensionalnetwork,theeffectoftemperatureisbecomingoneofthekeyissueswhichmustbefacedinthethree