mpsoc系统架构和高性能低功耗技术研究

《mpsoc系统架构和高性能低功耗技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、MPSoC系统架构和高性能低功耗技术研究目录1.MPSoC概述31.1.SoC概述31.2.SoC危机31.3.MPSoC概述42.MPSoC架构52.1.微处理器体系结构演化52.2.MPSoC架构设计72.3.基于平铺方法的架构（Tile-basedMPSoC）82.4.基于网络的架构102.4.1.传统的基于网络的架构102.4.2.改进型基于网络的设计112.5.基于组件的架构123.MPSoC高性能低功耗技术研究143.1.性能提高策略143.1.1.静态策略143.1.2.动态策略153.2.功耗降低策略153.2.1.动态功耗153.2.2.静态功耗1

2、63.3.MPSoC系统Cache性能功耗研究163.3.1.基于体系结构的Cache分析163.3.1.1.MPSoC系统Cache结构163.3.1.2.基于重用率的Cache存储共享技术173.3.2.基于一致性实现方法的Cache分析193.3.2.1.基于软件的一致性实现方式193.3.2.2.基于操作系统的一致性实现方式193.3.2.3.基于硬件的一致性实现方式204.总结和展望214.1.总结214.2.展望214.2.1.多核集群224.2.2.统一分布计算结构224.2.3.分布处理子系统225.参考文献22摘要：本文通过对SoC以及MPSoC的

3、概述，着重点明了SoC的危机和MPSoC的发展前景。从微处理器体系结构演化、MPSoC架构、性能和功耗等方面对MPSoC进行的详细说明。MPSoC的架构不仅仅要解决对上层应用的要求，还要兼顾性能的提高和功耗的降低。尤其是针对MPSoC系统中的Cache性能功耗技术展开研究，对采用不同体系结构和一致性协议的Cache性能和功耗进行了分析。最后总结MPSoC现在面临的机遇和挑战，指出了有待进一步攻克的问题。关键字：MPSoC、多核、架构、性能、功耗、Cache1.MPSoC概述1.1.SoC概述SoC(SystemonaChip)通常指在单一芯片上实现的数字计算机系统，

4、对所有或部分必要的电子电路进行包分组的技术。该系统应包含两个基本部分：硬件部分和软件部分。硬件部分包括μP、BUS、ROM/RAM、I/O等计算机系统的基本部件；软件部分主要指操作系统，也可以包括重要的应用软件。SoC中包含了微处理器/微控制器、存储器以及其他专用功能逻辑，但并不是包含了微处理器、存储器以及其他专用功能逻辑的芯片就是SoC。SoC技术被广泛认同的根本原因，并不在于SoC可以集成多少个晶体管，而在于SoC可以用较短时间被设计出来。这是SoC的主要价值所在——缩短产品的上市周期，因此，SoC更合理的定义为：SoC是在一个芯片上由于广泛使用预定制模块IP(

5、IntellectualProperty)而得以快速开发的集成电路。总的来说，SoC具有如下四个特征：Ø实现复杂系统功能的VLSI；Ø采用超深亚微米工艺技术；Ø使用一个以上嵌入式CPU/数字信号处理器（DSP）；Ø外部可以对芯片进行编程；1.2.SoC危机硅芯片技术的飞速发展给SOC设计带来新的危机。为了保持产品的竞争力，芯片设计人员面临的压力是在日益减少的时间内设计开发更多的复杂硬件系统。新的通信产品、消费产品和计算机产品设计必须在功能、可靠性和带宽方面有显著增长，而在成本和功耗方面有显著的下降。尽管SoC能够处理许多任务，但是计算能力不强，只能用于控制，通常缺少

6、执行复杂数据处理任务所需要的带宽，例如网络数据包处理、视频处理和加密。同时，单个的处理器已经无法满足日益增加的需求，而且在性能和功耗方面都遇到了无法逾越的瓶颈。如何提高Soc的通用计算能力或数据处理能力将是继Soc之后的主流设计技术的核心任务。如果一味的增加频率又造成了大量的功耗问题和其他附带影响，比如辐射、噪音、降温等等多种问题。这个时候，科学家开始从多处理器方面寻求突破，给行业带来了信息的活力。1.1.MPSoC概述基于上述的思考，2002年提出了多系统芯片(Multi-Soc，MSoC)的概念，即提高性能的任务将由多个Soc组成的联合体来完成。MSOC中的所有

7、Soc并行工作，井互相交换信息，共同完成大型任务。集成电路制造技术的持续发展和电路功能复杂度的持续提高支持了这种设想.此后，学术界进一步把这种“多系统”概念演化为“多核SOC”。这个时候MPSoC孕育而生，给整个SoC产业带来了第二次春天。多核的架构随着核的增加也逐渐成为关注的重点，架构直接影响着的整个系统的性能和功耗，对上层的软件的开发和调试都带来了深刻的影响。下面是从2000到2016年的统计和预测数量：图11每芯片处理器数