CPU-GPU異構(gòu)體系結(jié)構(gòu)片上網(wǎng)絡(luò)動態(tài)路由緩沖區(qū)分配策略研究
發(fā)布時(shí)間：2021-01-07 06:13
伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域取得的非凡成就,芯片集成技術(shù)得到了長足的發(fā)展,單個(gè)電子芯片中可以集成數(shù)十億顆晶體管。但是由于摩爾定律的逐漸失效,通過增加晶體管數(shù)目來提高單芯片計(jì)算能力的方案越來越困難。傳統(tǒng)的芯片基于總線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),芯片中的計(jì)算核心通過總線訪問計(jì)算資源。由于芯片資源十分有限,當(dāng)大量的計(jì)算核心同時(shí)訪問相同資源時(shí),會造成資源的爭奪,這導(dǎo)致了芯片性能下降,并且消耗大量的能源。當(dāng)前設(shè)計(jì)的芯片大部分都采用片上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)解決核心間通信問題,使得計(jì)算核心可以高效地共享芯片資源。片上網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)研發(fā)對于芯片整體性能和能耗有著舉足輕重的影響。隨著工業(yè)界計(jì)算場景日益復(fù)雜,計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)逐漸從基于CPU核心的同構(gòu)芯片過渡到了基于CPU-GPU核心的異構(gòu)芯片�；贑PU核心的同構(gòu)芯片時(shí)代的片上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并不完全適用于基于CPU-GPU核心的異構(gòu)體系結(jié)構(gòu)片上網(wǎng)絡(luò),面向CPU-GPU異構(gòu)體系結(jié)構(gòu)的片上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并未得到深入研究。CPU-GPU異構(gòu)體系結(jié)構(gòu)片上網(wǎng)絡(luò)的提出為計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域帶來了新的挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)片上網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中,增加路由節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)容量可以降低數(shù)據(jù)包的丟失概率和偏轉(zhuǎn)概率,并且提高片上網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率。同時(shí),...
【文章來源】：北京工業(yè)大學(xué)北京市 211工程院校
【文章頁數(shù)】：66 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
CPU處理器與GPU處理器架構(gòu)示意圖
- 13 -f) 蝴蝶胖樹結(jié)構(gòu) (g) 一般樹結(jié)構(gòu)圖 2-2 片上網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Figure 2-2 Network topologies總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)較為簡單，并且生產(chǎn)成本低廉，設(shè)計(jì)領(lǐng)域。隨著單芯片多核心的架構(gòu)不斷成熟，片上不斷提高，許多設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的基于共享總線的在基于共享總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，所有電路元件被一條
北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文連接，處理器核心之間、處理器核心與內(nèi)存之間、輸入/輸出端口和存儲器模塊之間只能通過獨(dú)占總線的方式進(jìn)行通信。隨著計(jì)算場景的復(fù)雜化，大量具有通信密集型的工作負(fù)載需要被運(yùn)行，同一時(shí)刻有多組通信需要在總線中進(jìn)行傳輸。由于總線的獨(dú)占性，最先發(fā)出請求的數(shù)據(jù)包被首先傳輸，其他通信任務(wù)必須被阻塞。這種極小的通信帶寬是由于共享總線的結(jié)構(gòu)造成的，并且隨著芯片規(guī)模的增大，基于共享總線的片上網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)被無限放大。因此基于共享總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，適用于單芯片中處理器核心較少的情況，隨著處理器核心的增加，其布線成本和通信性能問題將無法滿足應(yīng)用需求。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]有限元結(jié)構(gòu)分析的層級負(fù)載均衡并行計(jì)算方法[J]. 苗新強(qiáng),金先龍,丁峻宏. 科學(xué)通報(bào). 2017(13)
[2]CPU/GPU協(xié)同并行計(jì)算研究綜述[J]. 盧風(fēng)順,宋君強(qiáng),銀�？�,張理論. 計(jì)算機(jī)科學(xué). 2011(03)
[3]一種動態(tài)分配輸入隊(duì)列的片上蟲孔路由器結(jié)構(gòu)[J]. 朱紅雷,彭元喜,陳海燕,尹亞明. 電子學(xué)報(bào). 2010(05)
[4]基于遺傳算法的片上網(wǎng)絡(luò)虛通道分配算法[J]. 李曉輝,曹陽,王力緯,陳晨. 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2010(03)
[5]基于遺傳算法的片上網(wǎng)絡(luò)緩沖分配算法[J]. 李曉輝,曹陽,王力緯,陳晨. 北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào). 2009(06)
[6]片上二維網(wǎng)絡(luò)互連性能分析[J]. 王煒,喬林,楊廣文,湯志忠. 計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展. 2009(10)
[7]片上網(wǎng)絡(luò)虛通道分配算法[J]. 王力緯,曹陽,李曉輝,朱小虎. 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2009(03)
[8]2D Mesh片上網(wǎng)絡(luò)中交換機(jī)服務(wù)性能影響的研究及其拓?fù)涓倪M(jìn)[J]. 趙宏智. 電子學(xué)報(bào). 2009(02)
[9]保證QoS的片上網(wǎng)絡(luò)低能耗映射與路由方法[J]. 林樺,李險(xiǎn)峰,佟冬,程旭. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào). 2008(04)
[10]片上網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)制的研究[J]. 王崢,顧華璽,楊燁,樂天助. 中國集成電路. 2007(12)
博士論文
[1]專用片上網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 葛芬.南京航空航天大學(xué) 2010
碩士論文
[1]CPU-GPU異構(gòu)云計(jì)算環(huán)境下視頻分析任務(wù)調(diào)度機(jī)制研究與應(yīng)用[D]. 嚴(yán)瑾.北京郵電大學(xué) 2018
[2]基于GPU-like和GPU-CPU架構(gòu)的異構(gòu)片上網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與研究[D]. 冷鎮(zhèn)宇.北京工業(yè)大學(xué) 2015
[3]CPU-GPU異構(gòu)平臺計(jì)算模型的研究與應(yīng)用[D]. 胡杰.大連理工大學(xué) 2011
[4]基于動態(tài)緩沖管理的片上網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究[D]. 朱紅雷.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2010
本文編號：2962065
【文章來源】：北京工業(yè)大學(xué)北京市 211工程院校
【文章頁數(shù)】：66 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
CPU處理器與GPU處理器架構(gòu)示意圖
- 13 -f) 蝴蝶胖樹結(jié)構(gòu) (g) 一般樹結(jié)構(gòu)圖 2-2 片上網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Figure 2-2 Network topologies總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)較為簡單，并且生產(chǎn)成本低廉，設(shè)計(jì)領(lǐng)域。隨著單芯片多核心的架構(gòu)不斷成熟，片上不斷提高，許多設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的基于共享總線的在基于共享總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，所有電路元件被一條
北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文連接，處理器核心之間、處理器核心與內(nèi)存之間、輸入/輸出端口和存儲器模塊之間只能通過獨(dú)占總線的方式進(jìn)行通信。隨著計(jì)算場景的復(fù)雜化，大量具有通信密集型的工作負(fù)載需要被運(yùn)行，同一時(shí)刻有多組通信需要在總線中進(jìn)行傳輸。由于總線的獨(dú)占性，最先發(fā)出請求的數(shù)據(jù)包被首先傳輸，其他通信任務(wù)必須被阻塞。這種極小的通信帶寬是由于共享總線的結(jié)構(gòu)造成的，并且隨著芯片規(guī)模的增大，基于共享總線的片上網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)被無限放大。因此基于共享總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，適用于單芯片中處理器核心較少的情況，隨著處理器核心的增加，其布線成本和通信性能問題將無法滿足應(yīng)用需求。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]有限元結(jié)構(gòu)分析的層級負(fù)載均衡并行計(jì)算方法[J]. 苗新強(qiáng),金先龍,丁峻宏. 科學(xué)通報(bào). 2017(13)
[2]CPU/GPU協(xié)同并行計(jì)算研究綜述[J]. 盧風(fēng)順,宋君強(qiáng),銀�？�,張理論. 計(jì)算機(jī)科學(xué). 2011(03)
[3]一種動態(tài)分配輸入隊(duì)列的片上蟲孔路由器結(jié)構(gòu)[J]. 朱紅雷,彭元喜,陳海燕,尹亞明. 電子學(xué)報(bào). 2010(05)
[4]基于遺傳算法的片上網(wǎng)絡(luò)虛通道分配算法[J]. 李曉輝,曹陽,王力緯,陳晨. 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2010(03)
[5]基于遺傳算法的片上網(wǎng)絡(luò)緩沖分配算法[J]. 李曉輝,曹陽,王力緯,陳晨. 北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào). 2009(06)
[6]片上二維網(wǎng)絡(luò)互連性能分析[J]. 王煒,喬林,楊廣文,湯志忠. 計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展. 2009(10)
[7]片上網(wǎng)絡(luò)虛通道分配算法[J]. 王力緯,曹陽,李曉輝,朱小虎. 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2009(03)
[8]2D Mesh片上網(wǎng)絡(luò)中交換機(jī)服務(wù)性能影響的研究及其拓?fù)涓倪M(jìn)[J]. 趙宏智. 電子學(xué)報(bào). 2009(02)
[9]保證QoS的片上網(wǎng)絡(luò)低能耗映射與路由方法[J]. 林樺,李險(xiǎn)峰,佟冬,程旭. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào). 2008(04)
[10]片上網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)制的研究[J]. 王崢,顧華璽,楊燁,樂天助. 中國集成電路. 2007(12)
博士論文
[1]專用片上網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 葛芬.南京航空航天大學(xué) 2010
碩士論文
[1]CPU-GPU異構(gòu)云計(jì)算環(huán)境下視頻分析任務(wù)調(diào)度機(jī)制研究與應(yīng)用[D]. 嚴(yán)瑾.北京郵電大學(xué) 2018
[2]基于GPU-like和GPU-CPU架構(gòu)的異構(gòu)片上網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與研究[D]. 冷鎮(zhèn)宇.北京工業(yè)大學(xué) 2015
[3]CPU-GPU異構(gòu)平臺計(jì)算模型的研究與應(yīng)用[D]. 胡杰.大連理工大學(xué) 2011
[4]基于動態(tài)緩沖管理的片上網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究[D]. 朱紅雷.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2010
本文編號：2962065
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