NoC 互连拓扑解释

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mbb.eet-china, Aug. 04, 2023 – 

当今复杂的片上系统（SoC）设计可能包含数十到数百个 IP 模块。每个IP模块可能有自己的数据宽度和时钟频率，并采用标准SoC接口协议（比如：OCP，APB，AHB，AXI，STBus，DTL等）之一。连接所有这些 IP 是一项重大的挑战。

功能性 IP 模块通过套接字连接到片上网络（NoC）。对于发起方 IP，套接字对 IP 生成的数据进行序列化和分组打包，为每个数据包分配一个 ID 并将其发送到网络中。当数据包到达其目标 IP 时，关联的套接字会从数据包中提取数据并将其转换为目标IP 所需的协议。在任何给定时间，大量的数据包可以同时在整个网络中传输。

拓扑类型和目标应用

术语拓扑指的是某事物的组成部分是如何相互关联或排列的。本文在这里将讨论在各种NoC 拓扑中 IP 节点的连接方式。

NoC具有令人难以置信的多功能性。如图 1 所示，除了使用交叉矩阵的crossbar NoC 实现（这与传统的crossbar switch实现不同）以外，当今的SoC 中通常部署的其他拓扑结构包括 1D 星型（star）、环型（ring）和树型（tree），以及 2D 网格（mesh）和花式（torus）。更复杂的结构，包括3D立方体（cube）和4D超立方体（hypercube），也是可能的，但在实践中很少使用。

在比较不同的NoC拓扑时，一个典型的重要指标是布线成本的概念，它基本上包括了与NoC的互连部分相关的所有事项： 费用、功耗、面积和拥塞。基于这一点考虑，我们对图 1 中所示的各种 NoC 拓扑总结概括如下：

NoC Crossbar 拓扑

优点：

• 在所有节点之间提供直接同步连接。

• 不争用共享资源。

• 高吞吐量和低延迟。

缺点：

• 对于大型系统而言，布线的成本高。

• 由于交换机中的端口数量有限，可扩展性低。

比较：

• 具有最低延迟和最高吞吐量。

• 具有最高功耗和最高布线成本。

使用案例：

• 高性能计算系统（如超级计算机或数据中心）需要低延迟和高吞吐量来传输大量数据。

• 高端图形处理器（GPU）和其他高速处理器需要高带宽和低延迟的通信。

• 一些商业互连提供商提供crossbar交叉互连作为通用解决方案。但是，网格或树型等拓扑可能更适合小型嵌入式系统。

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