针对片上网络的低功耗互连设计

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片上网络(NoC)是一种用于多处理器片上系统(MPSoC)的新型通信方法。该技术采用基于网络通讯的系统架构,不仅提高了通信效率,而且改善了可扩展性。同时,片上网络的引入有效地解决了传统的总线式SoC中出现的全局同步、带宽受限和功耗等问题。然而,随着集成电路工艺地逐步发展,特别是进入深亚微米工艺以后,NoC中互连结构引起的串扰等非理想效应带来了功耗、延时和可靠性等一系列问题。因此如何设计高速低功耗的NoC互连结构成为片上网络设计研究的热点之一。针对NoC中互连的功耗问题,提出了一种新型具有抑制串扰能力的低功耗编码——AGM。该编码的低功耗部分采用在低功耗自校准编码(SCG)的基础上改进得到的GM编码。同时,为了提高编码抑制串扰的能力引入时间编码技术。该编码的编解码器结构中还加入了并串/串并转换电路,通过减少互连线数量的方式降低互连功耗和节约布线资源。仿真结果表明,对于32bit随机数据源,AGM编码将互连线功耗降低了37.51%。为了进一步降低NoC的互连功耗,采用低功耗编码与低摆幅技术结合的设计方案。在发送电路中,先进行AGM低功耗编码,再采用一种基于电荷分享的电容型低摆幅发送电路(CCS)将数据发送出去。AGM编码有效地降低数据的翻转率,CCS电路将电容预加重型技术和电荷分享型技术相结合,不但降低了数据翻转的摆幅,而且使得信号在“0→1”跳变时无需从VDD获取能量,从而使互连线动态功耗直接减半,同时该电路还继承了电容预加重型电路的高带宽优点。在接收电路中,利用AC耦合电阻反馈反相器(CRFI)将信号偏置在VDD/2附近,同时转换为RZ脉冲信号。最后通过迟滞比较器将信号还原为全摆幅信号,并通过AGM解码器还原数据信息。基于SMIC 65nm工艺,采用Cadence IC610软件对其进行仿真,结果表明,CCS电路和AGM编码结合的方式能够有效的降低互连线上的功耗,同时提高了其抑制串扰的能力。相比于不使用AGM编码的全摆幅电路,单独使用AGM编码和CCS低摆幅电路在降低功耗方面分别为40%和72%左右,而采用AGM编码和CCS低摆幅电路结合的方式,其功耗下降了82%左右。同时由于数据抑制串扰能力的提高,数据最大传输速率进一步提高。
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