半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展推動(dòng)了片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)入到片上網(wǎng)絡(luò)階段。為了進(jìn)一步研究其
結(jié)構(gòu)及不同工藝對(duì)其的影響，文章分析了片上網(wǎng)絡(luò)對(duì)于片上系統(tǒng)的優(yōu)越性，并針對(duì)其重要組成部分——交換開(kāi)關(guān)提出了一種×pipes 交換開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，通過(guò)將該結(jié)構(gòu)在65 納米和90 納米庫(kù)中進(jìn)行分別進(jìn)行綜合分析，從而得出采用65 納米技術(shù)具有很大優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵詞：片上網(wǎng)絡(luò)；交換開(kāi)關(guān)；交叉開(kāi)關(guān)；
在過(guò)去的 50 年中，集成電路制造工藝以每年58%的增長(zhǎng)率持續(xù)發(fā)展著。進(jìn)入21 世紀(jì)
后，90 納米和65 納米工藝相繼投產(chǎn)，標(biāo)志著納米時(shí)代的開(kāi)始。在未來(lái)的5~10 年中，集成電路的電路規(guī)模將超過(guò)40 億晶體管[1]，目前的單一處理器及總線(xiàn)結(jié)構(gòu)是無(wú)法駕馭規(guī)模如此龐大的電路的。一顆芯片內(nèi)集成越來(lái)越多的內(nèi)核數(shù)量，在實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大功能的同時(shí)，也引入了許多新的設(shè)計(jì)問(wèn)題。其中之一就是如何實(shí)現(xiàn)內(nèi)核間的互連。首先，如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定可靠的內(nèi)核互連機(jī)制？這種互連機(jī)制會(huì)在很大程度上影響SOC 系統(tǒng)的性能甚至是功耗，簡(jiǎn)單的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)已無(wú)法滿(mǎn)足SOC 系統(tǒng)中越來(lái)越復(fù)雜的通信需求[2]。一個(gè)由多個(gè)內(nèi)核組成的系統(tǒng)如果使用總線(xiàn)連接，則會(huì)需要很長(zhǎng)的連線(xiàn)，而這樣的總線(xiàn)不可能達(dá)到很高的速度。另外，芯片的同步越來(lái)越困難，按照傳統(tǒng)的方式使用單一時(shí)鐘已經(jīng)變得幾乎是不可能的。所以，未來(lái)的SOC 最有可能采用一個(gè)全局異步局部同步[3]的工作方式（Globally Asynchronous and Locally Synchronous），也就是說(shuō)芯片將不再使用一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘，而是采取一種分布式的方式，只是在局部（如一個(gè)內(nèi)核內(nèi)部）使用傳統(tǒng)的單一時(shí)鐘。相對(duì)于SOC 而言，全新的NOC（Network on chip）體系結(jié)構(gòu)是更高層次、更大規(guī)模的片上系統(tǒng)，是片上的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。片上網(wǎng)絡(luò)就是將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于SOC 模塊互連的設(shè)計(jì)方法， NOC 技術(shù)的核心思想是將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到芯片設(shè)計(jì)中來(lái)，以便徹底解決多CPU 的體系結(jié)構(gòu)問(wèn)題。NOC 可以定義為在單一芯片上實(shí)現(xiàn)的基于網(wǎng)絡(luò)通訊的多處理器系統(tǒng)。NOC 包括運(yùn)算和通訊兩類(lèi)節(jié)點(diǎn)。運(yùn)算節(jié)點(diǎn)（又稱(chēng)為資源，Resource）完成廣義的運(yùn)算任務(wù)。它們既可以是SOC，也可以是各種單一功能的IP；通訊節(jié)點(diǎn)（又稱(chēng)交換開(kāi)關(guān)，Switch）負(fù)責(zé)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通訊。通訊節(jié)點(diǎn)及其之間的網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為OCN（On Chip Network），它借鑒了分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通訊方式，用路由和分組交換技術(shù)替代傳統(tǒng)的總線(xiàn)技術(shù)完成通訊任務(wù)。本文我們主要介紹交換開(kāi)關(guān)。