半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展推動了片上系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)入到片上網(wǎng)絡(luò)階段。為了進(jìn)一步研究其
結(jié)構(gòu)及不同工藝對其的影響，文章分析了片上網(wǎng)絡(luò)對于片上系統(tǒng)的優(yōu)越性，并針對其重要組成部分——交換開關(guān)提出了一種×pipes 交換開關(guān)結(jié)構(gòu)，通過將該結(jié)構(gòu)在65 納米和90 納米庫中進(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。
關(guān)鍵詞：片上網(wǎng)絡(luò)；交換開關(guān)；交叉開關(guān)；
在過去的 50 年中，集成電路制造工藝以每年58%的增長率持續(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)志著納米時代的開始。在未來的5~10 年中，集成電路的電路規(guī)模將超過40 億晶體管[1]，目前的單一處理器及總線結(jié)構(gòu)是無法駕馭規(guī)模如此龐大的電路的。一顆芯片內(nèi)集成越來越多的內(nèi)核數(shù)量，在實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大功能的同時，也引入了許多新的設(shè)計問題。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)一個穩(wěn)定可靠的內(nèi)核互連機(jī)制？這種互連機(jī)制會在很大程度上影響SOC 系統(tǒng)的性能甚至是功耗，簡單的總線結(jié)構(gòu)已無法滿足SOC 系統(tǒng)中越來越復(fù)雜的通信需求[2]。一個由多個內(nèi)核組成的系統(tǒng)如果使用總線連接，則會需要很長的連線，而這樣的總線不可能達(dá)到很高的速度。另外，芯片的同步越來越困難，按照傳統(tǒng)的方式使用單一時鐘已經(jīng)變得幾乎是不可能的。所以，未來的SOC 最有可能采用一個全局異步局部同步[3]的工作方式（Globally Asynchronous and Locally Synchronous），也就是說芯片將不再使用一個統(tǒng)一的時鐘，而是采取一種分布式的方式，只是在局部（如一個內(nèi)核內(nèi)部）使用傳統(tǒng)的單一時鐘。相對于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)計方法， NOC 技術(shù)的核心思想是將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到芯片設(shè)計中來，以便徹底解決多CPU 的體系結(jié)構(gòu)問題。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)算和通訊兩類節(jié)點(diǎn)。運(yùn)算節(jié)點(diǎn)（又稱為資源，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)（又稱交換開關(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)稱為OCN（On Chip Network），它借鑒了分布式計算機(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)的總線技術(shù)完成通訊任務(wù)。本文我們主要介紹交換開關(guān)。