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陈少杰 著

图书标签:

• 片上网络
• NoC
• 可重构计算
• 计算机体系结构
• 并行计算
• 嵌入式系统
• 硬件设计
• 通信网络
• 低功耗设计
• 异构计算

店铺： 妙语书言图书专营店

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118091779

商品编码：29367196617

包装：平装

出版时间：2014-02-01

基本信息

书名：可重构片上网络

定价：79.00元

作者：陈少杰

出版社：国防工业出版社

出版日期：2014-02-01

ISBN：9787118091779

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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《可重构片上网络》(作者陈少杰、蓝英诚、蔡文宗、胡玉衡)共分为三个部分。**部分，简要介绍了NoC的主要概念，除了介绍动机和基本原理外，还给出了基本的背景知识，以便读者简要了解相关学科；第二部分，讨论了NoC网络性能改进的设计方法，包括路由、故障容错、能量感知和任务调度等；第三部分，阐述了一个基于双向链路的NoC平台结构实例，详细分析了包括设计原理，性能改进特性，故障容错和能量感知特点等。

内容提要

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《可重构片上网络》(作者陈少杰、蓝英诚、蔡 文宗、胡玉衡)阐述了近年片上网络实现和设计方面 的进展，专注于从物理、网络到应用层的大量片 上通信问题。深入探索了包括包路由、资源仲裁和通 信调度等特定主题。此外，深入研究 并给出了一个新颖的双向通道NoC体系结构， 《可重构片上网络》为需要实践经验的工程师提 供了关于片上网络设计和实现方面的知识。
为读者详细介绍了NoC设计的各方面基础知识， 并为有NoC经验的设计人员做了深入分析 以开展进一步的研究。
描述了多种片上通信体系结构，包括一个新颖的 双向通信通道NoCo。

目录

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部分 片上网络介绍
　章 以通信为中心的设计
　　1．1 以通信为中心的设计概念
　　　1．1．1 多处理器SoC
　　　1．1．2 传统的片上通信方案
　　　1．1．3 NoC的出现
　　1．2 NoC概念
　　1．3 NoC的分层
　　　1．3．1 物理层
　　　1．3．2 网络层
　　　1．3．3 应用层
　　1．4 动机和贡献
　　　1．4．1 动机
　　　1．4．2 贡献
　　1．5 本书章节组织结构
　　参考文献
　第2章 预备知识
　　2．1 背景知识
　　2．2 传统NoC体系结构
　　2．3 传统路由器体系结构
　　2．4 流控机制
　　　2．4．1 包缓冲流控
　　　2．4．2 基于虫洞流控的路由器
　　　2．4．3 基于虚通道流控的路由器
　　2．5 路由和仲裁技术
　　　2．5．1 问题分解
　　　2．5．2 当前技术发展水平
　　2．6 服务质量控制
　　　2．6．1 面向连接方法
　　　2．6．2 无连接方法
　　2．7 可靠性设计
　　　2．7．1 NoC的故障类型
　　　2．7．2 NoC的可靠性设计
　　2．8 能量感知任务调度
　　参考文献
第二部分 片上网络设计方法探究
　第3章 高性能NOC路由技术
　　3．1 NoC路由基础知识
　　　3．1．1 NoC路由特性
　　　3．1．2 死锁和活锁问题
　　　3．1．3 NoC中无死锁路由方法
　　3．2 基于转向模型的路由基础知识
　　　3．2．1 奇偶转向模型
　　　3．2．2 奇偶转向模型路由算法，ROUTE
　　　3．2．3 提出转向模型路由方法的动机
　　3．3 转向模型全自适应路由
　　　3．3．1 转向禁令解除
　　　3．3．2 路径禁令解除
　　　3．3．3 无死锁和无活锁
　　　3．3．4 故障容错优点
　　　3．3．5 性能评估
　　3．4 小结
　　参考文献
　第4章 NoC可靠性中性能和能量均衡技术
　　4．1 NoC的可靠性
　　4．2 NoC可靠性技术
　　4．3 故障模型
　　4．4 NoC的能耗
　　　4．4．1 能量度量推导
　　　4．4．2 重传缓冲器的影响
　　　4．4．3 每个有用位能量的重新计算
　　4．5 实验结果
　　　4．5．1 实验建立
　　　4．5．2 用于实验的差错控制编码
　　　4．5．3 结果分析
　　4．6 小结
　　参考文献
　第5章 NoC Dvs系统的能量感知任务调度
　　5．1 问题陈述
　　　5．1．1 应用和体系结构定义
　　　5．1．2 广义能量感知任务调度问题
　　　5．1．3 动态电压调节(DvS)
　　5．2 启发性例子
　　5．3 算法解决方案
　　　5．3．1 任务优先权排序
　　　5．3．2 任务分配
　　　5．3．3 功率优化
　　　5．3．4 重调度建立
　　5．4 实验结果
　　5．5 小结
　　参考文献
第三部分 个案研究：双向NOC(BiNOC)体系结构
　第6章 双向NoC体系结构
　　6．1 问题描述
　　　6．1．1 启发性例子
　　　6．1．2 通道带宽利用率
　　6．2 双向通道
　　　6．2．1 设计需求
　　　6．2．2 相关工作
　　6．3 BiNoC：双向NoC路由体系结构
　　　6．3．1 采用虫洞流控的BiNoC路由器
　　　6．3．2 采用虚通道流控的BiNoC路由器
　　　6．3．3 重构输A／输出端口
　　　6．3．4 通道控制模块
　　　6．3．5 虚通道分配器
　　　6．3．6 开关分配器
　　6．4 双向通道方向控制
　　　6．4．1 路由器间传输方案
　　　6．4．2 双向通道路由方向控制
　　　6．4．3 资源竞争
　　　6．4，4 包排序
　　　6．4．5 包传输中断
　　6．5 BiNoC特性
　　　6．5．1 实验建立
　　　6．5．2合成流量分析
　　　6．5．3 实际应用实验
　　　6．5．4 面积和功耗的实现细节
　　　6．5．5 实现开销
　　6．6 小结
　　参考文献
　第7章 BiNoC的服务质量
　　7．1 NoC的QoS控制
　　7．2 NoC典型的五连接Qos机制
　　7．3 启发性例子
　　7．4 BiNoC路由器的QOS设计
　　　7．4．1 优先vC管理和路由器间仲裁
　　　7．4．2 优先权排序的无死锁路由约束
　　7．5 路由器间传输方案
　　7．6 BiNOC通道方向受控的QoS设计
　　　7．6．1 高优先级有限状态机的操作
　　　7．6．2 低优先级有限状态机的操作
　　7．7 性能评估
　　　7．7．1 BiNoC—QoS和BiNoC一4vC的比较
　　　7．7．2 BiNOC-0S和NOC—QOS的比较
　　　7．7．3 优先路由分析
　　　7．7．4 消耗率分析
　　　7．7．5 CS和BE通信流的比较
　　7．8 小结
　　参考文献
　第8章 B5NOC中的故障容错
　　8．1 问题和动机
　　8．2 故障容错基础知识
　　　8．2．1 NoC申的故障类型
　　　8．2．2 NoC中的故障容错
　　　8．2．3 NoC中的双向通道
　　　8．2．4 当前的故障容错方案问题
　　　8．2．5 我们提出的技术方法
　　8．3 双向故障容错NoC体系结构
　　　8．3．1 双向通道
　　　8．3．2 双向路由器体系结构
　　　8．3．3 通道方向变化握手协议
　　　8．3．4 故障容错控制步骤
　　　8．3．5 路由器间死锁和解决方法
　　　8．3．6 失效率改进
　　　8．3．7 可靠性提高
　　8．4 实验结果
　　　8．4．1 合成流量实验
　　　8．4．2 真实流量实验
　　　8．4．3 开销分析
　　8．5 小结
　　参考文献
　第9章 BsNOC能量感知应用映射
　　9．1 引言
　　　9．1．1 任务和通信调度
　　　9．1．2 BiNoC体系结构通信模型
　　9．2启发性例子
　　9．3 BiNoC的任务和通信调度
　　　9．3．1 BiNoC中的通信模型和流量
　　　9．3．2 性能改进方法
　　　9．3．3 自学习和滤网框架
　　9．4 功耗优化方案
　　　9．4．1 粗粒度功耗优化
　　　9．4．2 细粒度功耗优化
　　　9．4．3 有效功耗调度
　　9．5 实验结果
　　9．6 小结
　　参考文献
　0章 总结
附录A 仿真环境
附录B 性能度量
　参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《互联世界的基石：深入解析片上网络（NoC）的设计、优化与前沿应用》 一、引言：片上网络——驱动现代计算的脉搏 在当今信息爆炸的时代，电子设备的处理能力、能效比以及集成度正以前所未有的速度飞跃。从智能手机、高性能服务器到车载计算、人工智能加速器，甚至物联网边缘设备，无一不依赖于集成度极高的复杂芯片。而这些芯片的核心，往往隐藏着一个名为“片上网络”（Network-on-Chip，简称NoC）的复杂系统。NoC并非一个独立的实体，而是芯片内部数十亿个晶体管之间高效通信的“高速公路系统”，它将不同的处理器核心、内存控制器、专用加速器等功能单元如同城市中的各个区域，通过精心设计的网络连接起来，实现数据的快速、可靠传输。 片上网络的设计与优化，已经成为现代集成电路设计领域最具挑战性也最关键的环节之一。它直接影响着芯片的整体性能、功耗、面积以及可扩展性。本书《互联世界的基石：深入解析片上网络（NoC）的设计、优化与前沿应用》旨在为读者提供一个全面、深入且实用的NoC技术指南，覆盖其核心概念、关键设计要素、性能优化策略，以及在当今和未来计算领域中的前沿应用。本书不涉及“可重构”的特定技术，而是专注于片上网络这一基础而又至关重要的领域。 二、片上网络的核心概念与演进 本书将从片上网络的起源讲起，回顾其如何从传统的总线和交叉开关等互连方式中脱颖而出，成为现代多核和片上系统（System-on-Chip，SoC）的首选互连架构。我们将详细阐述NoC的基本组成部分： 路由器（Routers）： NoC网络中的“交通枢纽”，负责接收、转发和调度数据包。我们将深入探讨各种路由器架构，如XY路由、自适应路由、以及它们的优缺点。 链路（Links）： 连接路由器和网络接口的物理通信通道。本书会分析不同链路的物理实现，如串行链路、并行链路，以及它们的带宽和延迟特性。 网络接口（Network Interfaces，NI）： 连接片上系统功能单元（如CPU、DSP）与NoC的网络接口。我们将剖析NI在数据包封装、解封装、流量控制等方面的作用。 拓扑结构（Topology）： NoC网络的“地图”，决定了路由器之间的连接方式，如二维网格（2D Mesh）、环形（Torus）、蝴蝶（Butterfly）、肥尾（Fat Tree）等。本书将详细分析不同拓扑的连通性、可扩展性、功耗和布线复杂度。 同时，我们将探讨NoC的通信模型，如包交换（Packet Switching）和电路交换（Circuit Switching），以及它们在不同应用场景下的适用性。 三、关键设计要素与实现技术 本书将深入剖析设计一个高效NoC所必须考虑的关键要素： 路由算法（Routing Algorithms）： 决定数据包如何在网络中从源节点移动到目的节点。我们将详细介绍各种路由算法，包括确定性路由（如XY路由）、自适应路由（如DIMES、EAR）以及相关的死锁避免技术（如虚拟通道、死锁检测与恢复）。 流量控制（Flow Control）： 确保网络中的数据流动顺畅，防止缓冲区溢出和网络拥塞。我们将讨论基于信用的流量控制（Credit-based Flow Control）等机制，以及它们如何平衡吞吐量和延迟。 拥塞管理（Congestion Management）： 在网络流量较高时，如何有效地管理和缓解拥塞，以维持系统的整体性能。本书将介绍各种拥塞管理策略，如丢包策略、速率限制、以及基于预测的拥塞缓解技术。 时钟域（Clock Domains）： 在SoC中，不同的功能单元可能运行在不同的时钟频率下。本书将探讨如何在NoC设计中处理跨时钟域通信，以及相关的同步和异步设计技术。 功耗优化（Power Optimization）： NoC的功耗是SoC总功耗的重要组成部分。我们将深入探讨多种功耗优化技术，包括动态电压频率调整（DVFS）、链路和路由器的门控（Gating）、以及低功耗路由策略。 可靠性与容错（Reliability and Fault Tolerance）： 在高度集成的芯片中，硬件故障是不可避免的。本书将介绍NoC中的可靠性设计技术，如纠错码（ECC）、链路冗余、以及故障检测和隔离机制。 四、性能建模与仿真分析 理解和评估NoC的性能至关重要。本书将介绍如何使用各种建模和仿真工具来分析NoC的性能指标，包括： 吞吐量（Throughput）： 单位时间内成功传输的数据量。 延迟（Latency）： 数据包从源节点到目的节点所需的时间。 功耗（Power Consumption）： NoC整体以及各个组件的功耗。 拥塞度（Congestion）： 网络中数据包堆积的程度。 我们将介绍流行的NoC仿真器，如Garnet、Noxim等，并指导读者如何搭建仿真环境，进行参数配置，以及如何解读仿真结果，从而指导设计决策。 五、前沿应用与未来趋势 片上网络并非停滞不前，它正随着计算需求的不断变化而演进。本书将探讨NoC在以下前沿领域的应用： 高性能计算（HPC）： 在超级计算机和大规模并行处理系统中，NoC是实现高效节点间通信的关键。 人工智能与机器学习（AI/ML）： 专用的AI加速器（如TPU、GPU）内部通常包含高度优化的NoC，以支持海量数据的并行处理和神经网络的计算。 大数据处理： NoC在数据密集型应用中，能够显著提升数据处理效率。 5G/6G通信： 移动通信基带处理芯片需要极高的吞吐量和极低的延迟，NoC在此扮演着核心角色。 自动驾驶与车载计算： 复杂的车载计算平台集成了大量传感器和计算单元，NoC是连接和协调这些单元的基础。 物联网（IoT）边缘计算： 在资源受限的物联网设备中，低功耗、高效率的NoC设计尤为重要。 此外，本书还将展望NoC的未来发展趋势，包括： 异构计算与NoC： 如何有效地在包含不同类型处理单元（CPU、GPU、FPGA、ASIC）的SoC中构建高效的NoC。 通信感知（Communication-Aware）的计算： 将通信的开销和特性更深入地融入到算法和硬件设计中。 软件定义的NoC： 探索通过软件配置和动态调整来优化NoC性能的可能性。 新兴的NoC技术： 如光学NoC、量子NoC等潜在的未来技术。 六、结论：构筑互联的智慧 《互联世界的基石：深入解析片上网络（NoC）的设计、优化与前沿应用》不仅仅是一本技术手册，更是对现代计算架构核心驱动力的一次深入探索。通过对NoC基础概念、设计技术、性能分析以及前沿应用的全面梳理，本书将帮助读者建立起对片上网络坚实而深刻的理解，为他们在集成电路设计、系统架构、以及相关领域的研究与实践提供宝贵的指导和启迪。无论您是资深工程师、科研人员，还是对此领域充满好奇的初学者，本书都将是您构筑互联智慧、驾驭未来计算浪潮的得力助手。

评分☆☆☆☆☆

这本《可重构片上网络》简直是我在学术研究道路上的“定海神针”！我之前一直困惑于如何构建一个既能满足高性能需求，又能保持低功耗的计算平台，而这本书提出的“可重构”概念，为我提供了绝佳的思路。它打破了传统固定式互连的束缚，让计算资源可以根据实际需求进行动态调整，从而在执行不同任务时都能达到最优化的性能和能效。书中对各种可重构互连技术的理论分析，以及对不同重构策略的数学建模，都非常严谨和深入。我尤其赞赏作者在考虑实际应用中的挑战，例如如何保证重构的效率和可靠性，以及如何开发相应的软件工具来支持可重构网络的配置和管理。读这本书的过程，就像是在进行一场逻辑的盛宴，每一个推导、每一个论证都让我感到心悦诚服。它为我的研究提供了坚实的理论基础和创新的研究方向，也让我对未来计算架构的发展趋势有了更清晰的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书绝对是我近期阅读过的最具启发性的技术读物之一。作为一名长期从事FPGA设计的工程师，我一直在寻找能够提升硬件设计灵活性和效率的方法。《可重构片上网络》这本书正是满足了我的这一需求。它详尽地阐述了如何在硬件层面实现灵活的互连，这对于处理那些需要频繁切换不同计算模式的应用场景尤为重要，比如人工智能、图形处理或者信号处理。书中对于不同类型的可重构单元（RU）和互连结构的比较分析，以及它们各自的优劣势，让我能够更清晰地理解如何在具体设计中做出权衡。我尤其喜欢书中关于“配置管理”和“动态路由”的讨论，这直接关系到可重构网络的实际性能。作者用通俗易懂的语言，结合丰富的图示和公式，将复杂的概念娓娓道来，让我受益匪浅。读完这本书，我感觉自己对如何设计更智能、更适应性更强的硬件有了全新的认识，也为我今后的工作提供了宝贵的指导方向。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直像一本武林秘籍，让我彻底颠覆了对计算机硬件架构的认知！我一直以为，一旦芯片设计好了，其内部的连接方式就固定不变了，但《可重构片上网络》这本书彻底打破了我的固有思维。它所阐述的“可重构”概念，就好比给芯片装上了一个灵巧的“变形金刚”大脑，能够根据任务的需求，动态地调整内部通信网络的拓扑结构。这不仅仅是理论上的探讨，书中深入浅出地讲解了如何设计和实现这样的重构机制，包括如何高效地调度和管理网络资源，如何最小化重构带来的延迟，以及如何应对复杂的控制信号。我尤其被书中关于“数据流驱动”和“任务导向”的重构策略所吸引，这让我看到了未来高性能计算在应对多变应用场景时巨大的潜力。它不仅仅是一本技术书籍，更像是一次思维的洗礼，让我对“硬件即服务”的概念有了更深刻的理解。读完后，我迫不及待地想将书中的知识应用到实际的硬件设计项目中，我相信这必将为我带来前所未有的灵感和突破。这本书的深度和广度都令人赞叹，它不仅适合片上网络领域的专业人士，也对任何对下一代计算架构感兴趣的读者都极具启发性。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对计算机体系结构充满好奇心的学生，《可重构片上网络》这本书为我提供了一个前所未有的视角。我一直以为片上网络的设计是高度固定的，但这本书让我看到了无限的可能性。它所提出的“可重构”理念，就好比给芯片注入了“生命力”，能够让它像生物体一样，根据外部环境的变化来调整自身的结构和功能。书中详细介绍了各种实现可重构网络的技术细节，从底层的逻辑单元设计，到高层的网络管理策略，都有深入的探讨。我尤其被书中关于“重构的粒度”和“重构的触发机制”的讨论所吸引，这让我看到了在硬件层面实现智能化和自适应性的潜力。阅读这本书的过程，就像是在进行一场逻辑的探险，每一次翻页都让我对计算机硬件有了更深刻的理解，也激发了我对未来计算技术发展的无限遐想。它让我明白，未来的计算硬件将不再是僵化的盒子，而是能够根据需求不断演进的“生命体”。

评分☆☆☆☆☆

我必须说，《可重构片上网络》这本书为我打开了一扇通往未来计算世界的大门。它不仅仅是讲解技术，更是在描绘一种全新的计算范式。我一直以来都在为如何优化嵌入式系统的能效和性能而苦恼，而这本书提出的“可重构”思想，恰恰为我指明了一条绝佳的出路。通过动态调整通信路径，避免不必要的功耗和数据传输延迟，这对于资源受限的嵌入式设备来说，简直是福音！书中详细的算法和模型分析，以及大量的仿真结果，都让我对这种技术的实用性和可行性有了充分的信心。我特别欣赏作者在处理复杂性方面的能力，他们并没有回避可重构网络带来的挑战，而是提供了各种巧妙的解决方案，比如如何保证重构的快速性和稳定性，如何在有限的资源下实现最优的配置。读这本书就像是在进行一场高智商的头脑风暴，每一次翻页都充满了惊喜和顿悟。它让我开始重新审视现有的设计思路，并思考如何将这些前沿的理论转化为实际的产品。这本书绝对是任何想在嵌入式领域有所作为的工程师的必读之作。