[发明专利]一种基于位置概率分布的NoC目录协议能耗模型

摘要

本发明在研究MPSoC芯片中NoC目录协议能耗模型的基础上，对Cache一致性常用目录协议进行深入分析，提出一种基于位置概率分布的目录协议能耗模型。考虑目录信息与数据块节点位置分布的无关性，定位数据块在NoC中的节点位置，计算任意节点间数据传输的概率矩阵，并结合路由单元能耗、连线能耗以及网络拓扑结构，可准确获得目录协议中一次数据块传输的能耗。实验表明，本发明提出的模型在发包概率稳定的Mesh（网孔）网络中可有效计算出不同类型目录协议产生的能耗，且精度较高（误差小于2%）。

主权项

1.一种基于位置概率分布的NoC目录协议能耗模型，其特征在于建立该模型的步骤如下：1）计算传输过程中的概率分布方阵T将NoC（Network-on-Chip片上网络）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：其中，E_VC为数据包在VC队列中等待的能耗，E_SA和E_Crossbar分别为路由仲裁器分配交叉连接的能耗和Flit通过Crossbar的能耗，E_VC又可分为VC缓冲器能耗E_buffer和VC分配电路（VC Allocator）能耗E_VCA；在c×c的Mesh网络中，一个Flit从节点i产生，目的节点为j，则该Flit经过的总跳数，进一步地，用e_i,j表示一个Flit从节点i到j传输的能耗，则根据公式有：其中，e_i,j包含了硬件电路、网络拓扑结构和网络层协议的所有能耗信息，不仅是单个Flit对硬件资源利用程度的函数，而且是源和目的节点之间传输跳数的函数；3）计算一次取数据块的过程平均能耗整个网络任意结点间一次数据块传输产生的能耗为：其中，d是一个数据块中含有Flit的数量，因此，一次取数据块的过程平均能耗是任意两个节点之间传输数据能耗的期望，可表示为：以上通过对目录协议请求数据块的过程进行分析，得到在NoC中数据传输的能耗模型。