片上网络 On Chip Networks VI

6.1 虚拟通道路由器微结构

图示是一个最新的credit-based virtual channel router的微结构。这里假设一个二维mesh结构，因此路由器有5个输入端和5个输出端，对应于4个邻接方向和本地PE端。这个路由器的5个主要组成部分是输入缓冲器（input buffer）、路由计算逻辑（route computation logic）、虚拟通道分配器（virtual channel allocator）、开关分配器（switch allocator）和交叉开关（crossbar switch）。大多数NoC路由器使用输入缓冲，包在输入端被存入缓冲器中，因为输入端缓冲机制下可以使用单端口存储器。这里假设每个输入端有4个VC，每个VC有4个片深度的缓冲队列。

Router Microarchitecture

片自从其进入路由器起，整个在路由器中停留的时间都保存在这些缓冲器中。这与处理器流水线中将指令在流水线级间的缓冲器中进行锁存（latching）是不同的。如果不使用源路由（source routing），则路由计算逻辑将会计算（或者查找）这个包的正确的输出端。VC分配器和开关分配器（virtual channel allocator and switch allocator）选择片来进入下一个阶段：即通过交叉开关。最终，交叉开关物理上将片从输入端转移到输出端。

接下来几节分别讨论各个组成部分。

6.4 分配器和仲裁器

一个分配器将N个请求（request）匹配（match）到M个资源（resource），一个仲裁器将N个请求匹配到1个资源。在一个r路由器中，资源是指VC和交叉开关端口。

在一个没有VC的虫孔路由器中中，在每一个输出端处的开关分配器（switch arbiter，SA）将该输出端匹配和授权给发出请求的输入端，因此，有P个仲裁器，分别位于每个输出端，每一个都可以在竞争条件下将P个输入端的请求匹配到其所在的输出端。

在一个多VC的router中，我们需要一个虚拟通道分配器（virtual channel allocator，VA），用以解析对输出 VC的竞争并且把他们授权（grant）给输入VC，以及一个SA来将交叉开关端口授权给输入VC。一个包中仅有头片需要VA，而所有的片都需要在每个周期中通过SA。

具有较高匹配概率的分配器或仲裁器可以使得更多的包成功获得VC并且通过交叉开关，因此可以提高网络的吞吐率（throughput）。在大多数的NoC中，路由器中的分配逻辑（allocation logic）决定了周期的时长（cycle time）。因此，分配器和仲裁器必须是快速的、可流水的，这样使得他们可以在较高的时钟频率下工作。