在復雜的異構計算生態系統中，片上網絡互連的發展對于片上系統技術的進步至關重要。

在復雜的異構計算生態系統中，片上網絡互連的發展對于片上系統技術的進步至關重要。

計算生態系統已經完全接受了異構計算的概念——其結果是片上系統 (SoC) 的激增。現在幾乎可以在市場上的所有高性能計算平臺中都能找到 SoC。

人們不太經常討論但同樣重要的技術是片上網絡 (NoC)。隨著 SoC繼續發展，NoC 的開發也只會繼續增加。最近，總部位于英國的 Sondrel 強調了 NoC 的重要性，宣布它使用 Arteris 的 FlexNoC IP 作為 Sondrel SoC 的 NoC 主干。他們認為NoC 的設計是大型高性能計算 SoC 成功的關鍵。Sondrel 解釋說，設計人員經常忽略此數據流方面的重要性，因為負責此問題的片上網絡 (NoC) 的設計很復雜，并且很難驗證在所有情況下都滿足性能要求，因為有很多極端案例。這導致 NoC 的次優數據傳輸和 SoC 無法交付。

本文將討論異構計算的挑戰、對 NoC 的需求以及FlexNoC 的一些細節。

SoC 和異構計算的挑戰

SoC 是一種單芯片解決方案，由同一芯片中的幾個不同計算和功能塊組成。SoC包含異構計算和硬件加速，其中有專門的計算塊用于特定的計算密集型工作負載。出于這個原因，我們通常會看到一個 SoC 由一些更通用的計算模塊組成，如 CPU 和 GPU，以及許多加速器模塊，如神經處理單元 (NPU) 和數字信號處理器 (DSP)。

用于 SoC 的軟件通常會抽象功能，以便輕松地對其進行編程和連接。SoC 的優勢在于它更便宜、更小且更節能。缺點是，與全尺寸計算機不同，它們被鎖定在其配置中。

雖然該方案帶來了更高的性能和效率，但它有幾個控制和管理問題。在數據密集型應用中，SoC 面臨著如何控制、組織和管理它們預期要處理的大量數據的挑戰。從布局規劃的角度和系統的角度來看，控制進出內存的數據流和不同功能塊的數量是一個不小的問題。

什么是 NoC？

為了解決這些與數據相關的問題，幾乎每個 SoC 都依賴于NoC。

NoC 幾乎互連了 SoC 的每個部分，為數據從一個塊流向另一個塊創建了一條清晰且定義明確的路徑。通常，NoC 將由多段布線和路由器組成，這些布線和路由器的布置旨在減少寄生效應，從而避免在整個SoC中更大的損失和延遲。這通常采用類似城市布局的網格結構的形式。

網狀拓撲中的 NoC。來源：ACM 數字圖書館

NoC 通過使用網絡接口 (NI) 模塊控制整個 SoC 中的數據流。這些模塊通常用于將處理器內核生成的數據包轉換為固定長度的流量控制數字。這些數字允許 NoC 內的路由器將數據適當地引導到所需的功能塊。

傳統上，NoC 功能可以定義為多個層之一，包括應用層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層和物理層。出于這個原因，NoC 路由器將需要硬件和軟件實現，以便它可以支持給定層的功能。

通常，設計人員首先從平面圖或 NoC 開始芯片設計。新的方法通過在非常早的階段進行性能探索來穩定性能要求，從而穩定和測試架構以減少更改的可能性，從而穩定平面圖和 NoC，從而避免了一些意外情況。性能探索解決了 IP 塊通常被單獨隔離驗證的問題。但是，這并沒有考慮到它們與其他 IP 塊的交互。芯片上的 IP 越多，它們之間可能嚴重影響芯片性能的幾率就可能會增加。

Sondrel 使用 FlexNoC

2022 年 6 月 22 日，Sondrel 透露，它使用Arteris 的 FlexNoC IP作為其所有 SoC 解決方案的 NoC 主干。

Arteris 解釋說，NoC 互連構成了 SoC 架構。來源：Arteris

Sondrel認為使用 FlexNoC 互連技術的一些具體好處首先是能夠減少面積和線數。這是通過利用傳輸層打包和序列化功能來完成的，這樣 NoC 架構師可以精確控制 NoC 的哪些部分可以從減少的線路和面積中受益，而不會影響性能要求。其次，通過使用電源管理功能降低功耗，例如配置時鐘域交叉和時鐘門控支持的選項，以確保功耗在功耗預算范圍內。另外的好處就是能夠創建物理感知設計，因為設計團隊能夠將網表交給后端團隊，保證滿足時序要求，因為 NoC 設計方法從一開始就考慮了 SoC 布局規劃和任何物理設計約束該設計。最后，FlexNoc 擁有先進的配置工具和出色的 UI。為生成高性能、時序清潔的互連而提供的工具套件直觀且非常容易讓 NoC 架構師熟悉，從而提高生產力。

與 Sondrel 一樣，業內許多公司都在競相生產最好的 NoC IP，以生產面積和功耗更低的 SoC，同時讓 SoC 設計更容易實現。

審核編輯 ：李倩