可重構片上網絡 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陳少傑 著

圖書標籤:

• 片上網絡
• NoC
• 可重構計算
• 計算機體係結構
• 並行計算
• 嵌入式係統
• 硬件設計
• 通信網絡
• 低功耗設計
• 異構計算

店鋪： 妙語書言圖書專營店

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118091779

商品編碼：29367196617

包裝：平裝

齣版時間：2014-02-01

基本信息

書名：可重構片上網絡

定價：79.00元

作者：陳少傑

齣版社：國防工業齣版社

齣版日期：2014-02-01

ISBN：9787118091779

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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《可重構片上網絡》(作者陳少傑、藍英誠、蔡文宗、鬍玉衡)共分為三個部分。**部分，簡要介紹瞭NoC的主要概念，除瞭介紹動機和基本原理外，還給齣瞭基本的背景知識，以便讀者簡要瞭解相關學科；第二部分，討論瞭NoC網絡性能改進的設計方法，包括路由、故障容錯、能量感知和任務調度等；第三部分，闡述瞭一個基於雙嚮鏈路的NoC平颱結構實例，詳細分析瞭包括設計原理，性能改進特性，故障容錯和能量感知特點等。

內容提要

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《可重構片上網絡》(作者陳少傑、藍英誠、蔡 文宗、鬍玉衡)闡述瞭近年片上網絡實現和設計方麵 的進展，專注於從物理、網絡到應用層的大量片 上通信問題。深入探索瞭包括包路由、資源仲裁和通 信調度等特定主題。此外，深入研究 並給齣瞭一個新穎的雙嚮通道NoC體係結構， 《可重構片上網絡》為需要實踐經驗的工程師提 供瞭關於片上網絡設計和實現方麵的知識。
為讀者詳細介紹瞭NoC設計的各方麵基礎知識， 並為有NoC經驗的設計人員做瞭深入分析 以開展進一步的研究。
描述瞭多種片上通信體係結構，包括一個新穎的 雙嚮通信通道NoCo。

目錄

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部分 片上網絡介紹
　章 以通信為中心的設計
　　1．1 以通信為中心的設計概念
　　　1．1．1 多處理器SoC
　　　1．1．2 傳統的片上通信方案
　　　1．1．3 NoC的齣現
　　1．2 NoC概念
　　1．3 NoC的分層
　　　1．3．1 物理層
　　　1．3．2 網絡層
　　　1．3．3 應用層
　　1．4 動機和貢獻
　　　1．4．1 動機
　　　1．4．2 貢獻
　　1．5 本書章節組織結構
　　參考文獻
　第2章 預備知識
　　2．1 背景知識
　　2．2 傳統NoC體係結構
　　2．3 傳統路由器體係結構
　　2．4 流控機製
　　　2．4．1 包緩衝流控
　　　2．4．2 基於蟲洞流控的路由器
　　　2．4．3 基於虛通道流控的路由器
　　2．5 路由和仲裁技術
　　　2．5．1 問題分解
　　　2．5．2 當前技術發展水平
　　2．6 服務質量控製
　　　2．6．1 麵嚮連接方法
　　　2．6．2 無連接方法
　　2．7 可靠性設計
　　　2．7．1 NoC的故障類型
　　　2．7．2 NoC的可靠性設計
　　2．8 能量感知任務調度
　　參考文獻
第二部分 片上網絡設計方法探究
　第3章 高性能NOC路由技術
　　3．1 NoC路由基礎知識
　　　3．1．1 NoC路由特性
　　　3．1．2 死鎖和活鎖問題
　　　3．1．3 NoC中無死鎖路由方法
　　3．2 基於轉嚮模型的路由基礎知識
　　　3．2．1 奇偶轉嚮模型
　　　3．2．2 奇偶轉嚮模型路由算法，ROUTE
　　　3．2．3 提齣轉嚮模型路由方法的動機
　　3．3 轉嚮模型全自適應路由
　　　3．3．1 轉嚮禁令解除
　　　3．3．2 路徑禁令解除
　　　3．3．3 無死鎖和無活鎖
　　　3．3．4 故障容錯優點
　　　3．3．5 性能評估
　　3．4 小結
　　參考文獻
　第4章 NoC可靠性中性能和能量均衡技術
　　4．1 NoC的可靠性
　　4．2 NoC可靠性技術
　　4．3 故障模型
　　4．4 NoC的能耗
　　　4．4．1 能量度量推導
　　　4．4．2 重傳緩衝器的影響
　　　4．4．3 每個有用位能量的重新計算
　　4．5 實驗結果
　　　4．5．1 實驗建立
　　　4．5．2 用於實驗的差錯控製編碼
　　　4．5．3 結果分析
　　4．6 小結
　　參考文獻
　第5章 NoC Dvs係統的能量感知任務調度
　　5．1 問題陳述
　　　5．1．1 應用和體係結構定義
　　　5．1．2 廣義能量感知任務調度問題
　　　5．1．3 動態電壓調節(DvS)
　　5．2 啓發性例子
　　5．3 算法解決方案
　　　5．3．1 任務優先權排序
　　　5．3．2 任務分配
　　　5．3．3 功率優化
　　　5．3．4 重調度建立
　　5．4 實驗結果
　　5．5 小結
　　參考文獻
第三部分 個案研究：雙嚮NOC(BiNOC)體係結構
　第6章 雙嚮NoC體係結構
　　6．1 問題描述
　　　6．1．1 啓發性例子
　　　6．1．2 通道帶寬利用率
　　6．2 雙嚮通道
　　　6．2．1 設計需求
　　　6．2．2 相關工作
　　6．3 BiNoC：雙嚮NoC路由體係結構
　　　6．3．1 采用蟲洞流控的BiNoC路由器
　　　6．3．2 采用虛通道流控的BiNoC路由器
　　　6．3．3 重構輸A／輸齣端口
　　　6．3．4 通道控製模塊
　　　6．3．5 虛通道分配器
　　　6．3．6 開關分配器
　　6．4 雙嚮通道方嚮控製
　　　6．4．1 路由器間傳輸方案
　　　6．4．2 雙嚮通道路由方嚮控製
　　　6．4．3 資源競爭
　　　6．4，4 包排序
　　　6．4．5 包傳輸中斷
　　6．5 BiNoC特性
　　　6．5．1 實驗建立
　　　6．5．2閤成流量分析
　　　6．5．3 實際應用實驗
　　　6．5．4 麵積和功耗的實現細節
　　　6．5．5 實現開銷
　　6．6 小結
　　參考文獻
　第7章 BiNoC的服務質量
　　7．1 NoC的QoS控製
　　7．2 NoC典型的五連接Qos機製
　　7．3 啓發性例子
　　7．4 BiNoC路由器的QOS設計
　　　7．4．1 優先vC管理和路由器間仲裁
　　　7．4．2 優先權排序的無死鎖路由約束
　　7．5 路由器間傳輸方案
　　7．6 BiNOC通道方嚮受控的QoS設計
　　　7．6．1 高優先級有限狀態機的操作
　　　7．6．2 低優先級有限狀態機的操作
　　7．7 性能評估
　　　7．7．1 BiNoC—QoS和BiNoC一4vC的比較
　　　7．7．2 BiNOC-0S和NOC—QOS的比較
　　　7．7．3 優先路由分析
　　　7．7．4 消耗率分析
　　　7．7．5 CS和BE通信流的比較
　　7．8 小結
　　參考文獻
　第8章 B5NOC中的故障容錯
　　8．1 問題和動機
　　8．2 故障容錯基礎知識
　　　8．2．1 NoC申的故障類型
　　　8．2．2 NoC中的故障容錯
　　　8．2．3 NoC中的雙嚮通道
　　　8．2．4 當前的故障容錯方案問題
　　　8．2．5 我們提齣的技術方法
　　8．3 雙嚮故障容錯NoC體係結構
　　　8．3．1 雙嚮通道
　　　8．3．2 雙嚮路由器體係結構
　　　8．3．3 通道方嚮變化握手協議
　　　8．3．4 故障容錯控製步驟
　　　8．3．5 路由器間死鎖和解決方法
　　　8．3．6 失效率改進
　　　8．3．7 可靠性提高
　　8．4 實驗結果
　　　8．4．1 閤成流量實驗
　　　8．4．2 真實流量實驗
　　　8．4．3 開銷分析
　　8．5 小結
　　參考文獻
　第9章 BsNOC能量感知應用映射
　　9．1 引言
　　　9．1．1 任務和通信調度
　　　9．1．2 BiNoC體係結構通信模型
　　9．2啓發性例子
　　9．3 BiNoC的任務和通信調度
　　　9．3．1 BiNoC中的通信模型和流量
　　　9．3．2 性能改進方法
　　　9．3．3 自學習和濾網框架
　　9．4 功耗優化方案
　　　9．4．1 粗粒度功耗優化
　　　9．4．2 細粒度功耗優化
　　　9．4．3 有效功耗調度
　　9．5 實驗結果
　　9．6 小結
　　參考文獻
　0章 總結
附錄A 仿真環境
附錄B 性能度量
　參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《互聯世界的基石：深入解析片上網絡（NoC）的設計、優化與前沿應用》 一、引言：片上網絡——驅動現代計算的脈搏 在當今信息爆炸的時代，電子設備的處理能力、能效比以及集成度正以前所未有的速度飛躍。從智能手機、高性能服務器到車載計算、人工智能加速器，甚至物聯網邊緣設備，無一不依賴於集成度極高的復雜芯片。而這些芯片的核心，往往隱藏著一個名為“片上網絡”（Network-on-Chip，簡稱NoC）的復雜係統。NoC並非一個獨立的實體，而是芯片內部數十億個晶體管之間高效通信的“高速公路係統”，它將不同的處理器核心、內存控製器、專用加速器等功能單元如同城市中的各個區域，通過精心設計的網絡連接起來，實現數據的快速、可靠傳輸。 片上網絡的設計與優化，已經成為現代集成電路設計領域最具挑戰性也最關鍵的環節之一。它直接影響著芯片的整體性能、功耗、麵積以及可擴展性。本書《互聯世界的基石：深入解析片上網絡（NoC）的設計、優化與前沿應用》旨在為讀者提供一個全麵、深入且實用的NoC技術指南，覆蓋其核心概念、關鍵設計要素、性能優化策略，以及在當今和未來計算領域中的前沿應用。本書不涉及“可重構”的特定技術，而是專注於片上網絡這一基礎而又至關重要的領域。 二、片上網絡的核心概念與演進 本書將從片上網絡的起源講起，迴顧其如何從傳統的總綫和交叉開關等互連方式中脫穎而齣，成為現代多核和片上係統（System-on-Chip，SoC）的首選互連架構。我們將詳細闡述NoC的基本組成部分： 路由器（Routers）： NoC網絡中的“交通樞紐”，負責接收、轉發和調度數據包。我們將深入探討各種路由器架構，如XY路由、自適應路由、以及它們的優缺點。 鏈路（Links）： 連接路由器和網絡接口的物理通信通道。本書會分析不同鏈路的物理實現，如串行鏈路、並行鏈路，以及它們的帶寬和延遲特性。 網絡接口（Network Interfaces，NI）： 連接片上係統功能單元（如CPU、DSP）與NoC的網絡接口。我們將剖析NI在數據包封裝、解封裝、流量控製等方麵的作用。 拓撲結構（Topology）： NoC網絡的“地圖”，決定瞭路由器之間的連接方式，如二維網格（2D Mesh）、環形（Torus）、蝴蝶（Butterfly）、肥尾（Fat Tree）等。本書將詳細分析不同拓撲的連通性、可擴展性、功耗和布綫復雜度。 同時，我們將探討NoC的通信模型，如包交換（Packet Switching）和電路交換（Circuit Switching），以及它們在不同應用場景下的適用性。 三、關鍵設計要素與實現技術 本書將深入剖析設計一個高效NoC所必須考慮的關鍵要素： 路由算法（Routing Algorithms）： 決定數據包如何在網絡中從源節點移動到目的節點。我們將詳細介紹各種路由算法，包括確定性路由（如XY路由）、自適應路由（如DIMES、EAR）以及相關的死鎖避免技術（如虛擬通道、死鎖檢測與恢復）。 流量控製（Flow Control）： 確保網絡中的數據流動順暢，防止緩衝區溢齣和網絡擁塞。我們將討論基於信用的流量控製（Credit-based Flow Control）等機製，以及它們如何平衡吞吐量和延遲。 擁塞管理（Congestion Management）： 在網絡流量較高時，如何有效地管理和緩解擁塞，以維持係統的整體性能。本書將介紹各種擁塞管理策略，如丟包策略、速率限製、以及基於預測的擁塞緩解技術。 時鍾域（Clock Domains）： 在SoC中，不同的功能單元可能運行在不同的時鍾頻率下。本書將探討如何在NoC設計中處理跨時鍾域通信，以及相關的同步和異步設計技術。 功耗優化（Power Optimization）： NoC的功耗是SoC總功耗的重要組成部分。我們將深入探討多種功耗優化技術，包括動態電壓頻率調整（DVFS）、鏈路和路由器的門控（Gating）、以及低功耗路由策略。 可靠性與容錯（Reliability and Fault Tolerance）： 在高度集成的芯片中，硬件故障是不可避免的。本書將介紹NoC中的可靠性設計技術，如糾錯碼（ECC）、鏈路冗餘、以及故障檢測和隔離機製。 四、性能建模與仿真分析 理解和評估NoC的性能至關重要。本書將介紹如何使用各種建模和仿真工具來分析NoC的性能指標，包括： 吞吐量（Throughput）： 單位時間內成功傳輸的數據量。 延遲（Latency）： 數據包從源節點到目的節點所需的時間。 功耗（Power Consumption）： NoC整體以及各個組件的功耗。 擁塞度（Congestion）： 網絡中數據包堆積的程度。 我們將介紹流行的NoC仿真器，如Garnet、Noxim等，並指導讀者如何搭建仿真環境，進行參數配置，以及如何解讀仿真結果，從而指導設計決策。 五、前沿應用與未來趨勢 片上網絡並非停滯不前，它正隨著計算需求的不斷變化而演進。本書將探討NoC在以下前沿領域的應用： 高性能計算（HPC）： 在超級計算機和大規模並行處理係統中，NoC是實現高效節點間通信的關鍵。 人工智能與機器學習（AI/ML）： 專用的AI加速器（如TPU、GPU）內部通常包含高度優化的NoC，以支持海量數據的並行處理和神經網絡的計算。 大數據處理： NoC在數據密集型應用中，能夠顯著提升數據處理效率。 5G/6G通信： 移動通信基帶處理芯片需要極高的吞吐量和極低的延遲，NoC在此扮演著核心角色。 自動駕駛與車載計算： 復雜的車載計算平颱集成瞭大量傳感器和計算單元，NoC是連接和協調這些單元的基礎。 物聯網（IoT）邊緣計算： 在資源受限的物聯網設備中，低功耗、高效率的NoC設計尤為重要。 此外，本書還將展望NoC的未來發展趨勢，包括： 異構計算與NoC： 如何有效地在包含不同類型處理單元（CPU、GPU、FPGA、ASIC）的SoC中構建高效的NoC。 通信感知（Communication-Aware）的計算： 將通信的開銷和特性更深入地融入到算法和硬件設計中。 軟件定義的NoC： 探索通過軟件配置和動態調整來優化NoC性能的可能性。 新興的NoC技術： 如光學NoC、量子NoC等潛在的未來技術。 六、結論：構築互聯的智慧 《互聯世界的基石：深入解析片上網絡（NoC）的設計、優化與前沿應用》不僅僅是一本技術手冊，更是對現代計算架構核心驅動力的一次深入探索。通過對NoC基礎概念、設計技術、性能分析以及前沿應用的全麵梳理，本書將幫助讀者建立起對片上網絡堅實而深刻的理解，為他們在集成電路設計、係統架構、以及相關領域的研究與實踐提供寶貴的指導和啓迪。無論您是資深工程師、科研人員，還是對此領域充滿好奇的初學者，本書都將是您構築互聯智慧、駕馭未來計算浪潮的得力助手。

評分☆☆☆☆☆

這本《可重構片上網絡》簡直是我在學術研究道路上的“定海神針”！我之前一直睏惑於如何構建一個既能滿足高性能需求，又能保持低功耗的計算平颱，而這本書提齣的“可重構”概念，為我提供瞭絕佳的思路。它打破瞭傳統固定式互連的束縛，讓計算資源可以根據實際需求進行動態調整，從而在執行不同任務時都能達到最優化的性能和能效。書中對各種可重構互連技術的理論分析，以及對不同重構策略的數學建模，都非常嚴謹和深入。我尤其贊賞作者在考慮實際應用中的挑戰，例如如何保證重構的效率和可靠性，以及如何開發相應的軟件工具來支持可重構網絡的配置和管理。讀這本書的過程，就像是在進行一場邏輯的盛宴，每一個推導、每一個論證都讓我感到心悅誠服。它為我的研究提供瞭堅實的理論基礎和創新的研究方嚮，也讓我對未來計算架構的發展趨勢有瞭更清晰的認識。

評分☆☆☆☆☆

這本書絕對是我近期閱讀過的最具啓發性的技術讀物之一。作為一名長期從事FPGA設計的工程師，我一直在尋找能夠提升硬件設計靈活性和效率的方法。《可重構片上網絡》這本書正是滿足瞭我的這一需求。它詳盡地闡述瞭如何在硬件層麵實現靈活的互連，這對於處理那些需要頻繁切換不同計算模式的應用場景尤為重要，比如人工智能、圖形處理或者信號處理。書中對於不同類型的可重構單元（RU）和互連結構的比較分析，以及它們各自的優劣勢，讓我能夠更清晰地理解如何在具體設計中做齣權衡。我尤其喜歡書中關於“配置管理”和“動態路由”的討論，這直接關係到可重構網絡的實際性能。作者用通俗易懂的語言，結閤豐富的圖示和公式，將復雜的概念娓娓道來，讓我受益匪淺。讀完這本書，我感覺自己對如何設計更智能、更適應性更強的硬件有瞭全新的認識，也為我今後的工作提供瞭寶貴的指導方嚮。

評分☆☆☆☆☆

我必須說，《可重構片上網絡》這本書為我打開瞭一扇通往未來計算世界的大門。它不僅僅是講解技術，更是在描繪一種全新的計算範式。我一直以來都在為如何優化嵌入式係統的能效和性能而苦惱，而這本書提齣的“可重構”思想，恰恰為我指明瞭一條絕佳的齣路。通過動態調整通信路徑，避免不必要的功耗和數據傳輸延遲，這對於資源受限的嵌入式設備來說，簡直是福音！書中詳細的算法和模型分析，以及大量的仿真結果，都讓我對這種技術的實用性和可行性有瞭充分的信心。我特彆欣賞作者在處理復雜性方麵的能力，他們並沒有迴避可重構網絡帶來的挑戰，而是提供瞭各種巧妙的解決方案，比如如何保證重構的快速性和穩定性，如何在有限的資源下實現最優的配置。讀這本書就像是在進行一場高智商的頭腦風暴，每一次翻頁都充滿瞭驚喜和頓悟。它讓我開始重新審視現有的設計思路，並思考如何將這些前沿的理論轉化為實際的産品。這本書絕對是任何想在嵌入式領域有所作為的工程師的必讀之作。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直像一本武林秘籍，讓我徹底顛覆瞭對計算機硬件架構的認知！我一直以為，一旦芯片設計好瞭，其內部的連接方式就固定不變瞭，但《可重構片上網絡》這本書徹底打破瞭我的固有思維。它所闡述的“可重構”概念，就好比給芯片裝上瞭一個靈巧的“變形金剛”大腦，能夠根據任務的需求，動態地調整內部通信網絡的拓撲結構。這不僅僅是理論上的探討，書中深入淺齣地講解瞭如何設計和實現這樣的重構機製，包括如何高效地調度和管理網絡資源，如何最小化重構帶來的延遲，以及如何應對復雜的控製信號。我尤其被書中關於“數據流驅動”和“任務導嚮”的重構策略所吸引，這讓我看到瞭未來高性能計算在應對多變應用場景時巨大的潛力。它不僅僅是一本技術書籍，更像是一次思維的洗禮，讓我對“硬件即服務”的概念有瞭更深刻的理解。讀完後，我迫不及待地想將書中的知識應用到實際的硬件設計項目中，我相信這必將為我帶來前所未有的靈感和突破。這本書的深度和廣度都令人贊嘆，它不僅適閤片上網絡領域的專業人士，也對任何對下一代計算架構感興趣的讀者都極具啓發性。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對計算機體係結構充滿好奇心的學生，《可重構片上網絡》這本書為我提供瞭一個前所未有的視角。我一直以為片上網絡的設計是高度固定的，但這本書讓我看到瞭無限的可能性。它所提齣的“可重構”理念，就好比給芯片注入瞭“生命力”，能夠讓它像生物體一樣，根據外部環境的變化來調整自身的結構和功能。書中詳細介紹瞭各種實現可重構網絡的技術細節，從底層的邏輯單元設計，到高層的網絡管理策略，都有深入的探討。我尤其被書中關於“重構的粒度”和“重構的觸發機製”的討論所吸引，這讓我看到瞭在硬件層麵實現智能化和自適應性的潛力。閱讀這本書的過程，就像是在進行一場邏輯的探險，每一次翻頁都讓我對計算機硬件有瞭更深刻的理解，也激發瞭我對未來計算技術發展的無限遐想。它讓我明白，未來的計算硬件將不再是僵化的盒子，而是能夠根據需求不斷演進的“生命體”。