[发明专利]一种基于位置概率分布的NoC目录协议能耗模型

说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及MPSoC芯片能耗领域，尤其是涉及一种NoC目录协议能耗模型——基于位置概率分布的NoC目录协议能耗模型。

背景技术

目前处理器的发展趋势倾向于采用多核集成的策略，随着芯片的集成度越来越高，设计复杂性不断上升，对计算机系统的能耗也带来严重挑战。因此，在MPSoC（Multi-Processor SoC多核SoC）芯片设计中，能耗问题始终是一个关键因素。

在MPSoC中，核间通信主要包括总线监听、交叉开关和NoC（Network on Chip片上网络）三种方式。其中，总线监听一般适用于规模较小的多核网络，如ARM Cotex-A9处理器中采用侦听控制单元（Snoop Control Unit）控制多核在AMBA总线上的通信；使用交叉开关的典型例子是AMD Athlon64 X2处理器，利用交叉互联网络和系统请求接口对各个CPU核的请求进行仲裁。由于上述两种通信方式都不适合高端的多核和众核互联，所以包交换网络互连的思想被引入到MPSoC核间通信设计中，NoC将成为未来MPSoC的主流通信方式。目前NoC的能耗一般占芯片总能耗的50%以上，其中静态能耗主要由器件的漏电电流造成，动态能耗由器件的0/1翻转和短路电流造成。由于NoC的动态能耗主要由协议活动产生，因此，开展NoC协议能耗问题的分析与建模是十分必要的。

本发明从现有NoC协议出发，在研究现有NoC应用层协议基础上，针对协议能耗提出一种新的模型——基于位置概率分布的NoC目录协议能耗模型。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于位置概率分布的NoC目录协议能耗模型。

本发明解决其技术难题所采用的技术方案的步骤如下：

1）计算传输过程中的概率分布方阵T

将NoC中的PE（Processing Element处理单元）对内存的块请求视为随机事件，用q_i,j表示PE_i的L2 Cache对内存中第j个区域中数据块请求的概率（或速率），矩阵Q表示整个NoC中各节点对Cache块的请求概率，其中对角元素q_i,j不为0：

                                                    

一个请求信息到达目录项所在的节点后，通过查询数据块的目录项可获得该块目前所在节点位置，可用矩阵P表示响应过程的概率分布，元素P_j,k表示在节点j的目录项查询某一个数据块时，该块在节点k的L2 Cache中的概率，响应过程的概率分布矩阵与请求过程类似。

经过查询，某一个数据块在节点k的L2 Cache中存在一个副本，那么节点k将此块发送给需要它的源节点i，该传输过程的概率分布用方阵T表示为：

                                             

即节点k向节点i发送数据块的概率，等于节点i向所有节点发送请求查询概率和任何节点查询到某一个块在节点k中概率的乘积。

2）计算单个Flit在NoC中传输的平均能耗

单个Flit（Flow Control Unit数据微片）在连线上一次传出能耗E_line可表示为下列向量形式：

                                   

其中，d是一个数据传输块中含有Flit的数量，V^f是n条并行连线在数据一次变化后的电平向量，（V^f）^T是其转置向量，Vⁱ是n条并行连线在数据一次变化前的电平向量，C^t是n*n的连线间电容对称矩阵，其中对角线上元素是对应位置连线到地的电容，其它位置元素是连线间的电容。

一个Flit通过一个路由单元所产生的能耗E_router可表示为：