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电子测量与仪器学报 2013年第4期27卷 326-333页

作者：欧阳一鸣袁吴铃梁华国谢涛黄正峰合肥工业大学计算机与信息学院合肥230009 合肥工业大学电子科学与应用物理学院合肥230009 Department of Computer Science San Diego State University

3D NoC(Network-on-Chip)中,若连接层间相邻路由器的两组单向tsv(Through-Silicon Via)中有1组故障,数据便不能经该通道传输。为实现容错,提出一种在基于簇的3D NoC中添加冗余双向tsv的设计。任何1组单向tsv故障,都可通过配置这组双向TS... 详细信息

3D NoC(Network-on-Chip)中,若连接层间相邻路由器的两组单向tsv(Through-Silicon Via)中有1组故障,数据便不能经该通道传输。为实现容错,提出一种在基于簇的3D NoC中添加冗余双向tsv的设计。任何1组单向tsv故障,都可通过配置这组双向tsv来替换,实现容错。在无故障tsv时,也可配置这组双向tsv来帮助传输数据包,实现数据的高速传输。与参考文献相比,实验表明,有tsv故障时该设计的平均延时至少减少了43.8%,且提高了系统可靠性。

关键词： 3D NoC 容错冗余双向tsv

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3D NoC中tsv和交叉开关的容错设计

3D NoC中TSV和交叉开关的容错设计

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作者：袁吴铃合肥工业大学

学位级别：硕士

随着集成电路制造工艺的发展，电子元器件特征尺寸的不断缩小，单个芯片上可以集成上百个IP核。当芯片上IP核数增多且同构模块和异构模块广泛结合以后，总线共享的传统片上系统的通讯架构将面临许多问题，如可扩展性问题、通讯效率问题... 详细信息

随着集成电路制造工艺的发展，电子元器件特征尺寸的不断缩小，单个芯片上可以集成上百个IP核。当芯片上IP核数增多且同构模块和异构模块广泛结合以后，总线共享的传统片上系统的通讯架构将面临许多问题，如可扩展性问题、通讯效率问题、功耗和面积等问题。为了解决这些问题，研究学者们提出了一种新的基于包交换机制的片上互连结构，即片上网络（Network-on-Chip,NoC）。它较总线结构具有更好的可扩展性、可预见性和性能。但芯片上的互连线仍然是影响超大规模集成电路性能和功耗的瓶颈，二维封装技术不能满足芯片高密度组装的需求，这推动了三维立体封装技术的发展，将3D集成技术与NoC有机结合，形成3D NoC的架构，进一步提高系统的性能，降低功耗。本文基于Mesh型的3D NoC架构展开研究，重点介绍了3D-Mesh NoC片上通信的相关知识。并针对片上通信过程中硅通孔（Through Silicon Via，tsv）故障问题和tsv路由器延时大功耗高的问题，给出了相应的解决方案。论文的主要研究工作如下：（1）介绍了3D NoC发展的背景和目的、研究的关键问题以及国内外的研究现状;除此之外，还介绍了基于Mesh型的3D NoC结构、交换机制、容错技术和目前3D NoC的研究热点等相关知识。（2）在3D NoC中，连接层间相邻路由器的两组单向tsv发生故障，数据便不能经该通道传输。本文提出一种在基于簇的3D NoC中添加双向tsv的容错设计。在这两组单向tsv间添加一组冗余的可动态配置的双向tsv，任何一组单向tsv故障，都可通过配置该双向tsv来替换故障tsv，继续传输数据，实现容错。无故障tsv时，也可配置该双向tsv来帮助传输数据包，实现数据的高速传输。实验结果表明，该设计大大减少了数据包传输延时，增强了系统可靠性。（3）针对tsv路由器延时大功耗高的问题，本文将tsv路由器设计成双交叉开关的架构，即主交叉开关（Master Crossbar）和从交叉开关（SlaveCrossbar）。tsv路由器的每个输入端口分成两个子端口，其中与Master Crossbar相连的端口无输入缓冲区，而与Slave Crossbar相连的端口设有输入缓冲区。数据传输优先选择Master Crossbar，当其忙时则选择Slave Crossbar，如此减少数据包的传输延时，降低功耗，同时双交叉开关还可以实现对交叉开关的容错。

关键词： 3D NoC 容错冗余双向tsv 双交叉开关

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