电子学报

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光片上网络中基于NSGA-II的多目标映射方法研究

王佳辉, 魏雯婷, 王领, 顾华玺   

  1. 西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室,陕西 西安 710071
  • 收稿日期:2020-12-11 修回日期:2021-03-17 出版日期:2022-07-04
  • 通讯作者: 魏雯婷
  • 作者简介:王佳辉 男,1995年生,内蒙古商都人. 西安电子学科技大学硕士研究生,主要研究方向为软件定义网络、光片上网络映射.E-mail: jiahui.wang.xidian@foxmail.com
    魏雯婷(通讯作者) 女,1988年生,山西大同人. 西安电子科技大学讲师,硕士生导师,陕西省青年创新团队核心骨干.长期致力于数据中心网络、片上网络、智能化网络资源管控等方向的研究. 主持1项国家自然科学基金青年项目、1项国防科技重点实验室基金项目以及1项中央高校基本科研业务费专项资金资助项目;作为技术骨干参与国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、华为创新研究项目等. E-mail: wtwei@xidian.edu.cn
    王领 男,1989年生,安徽合肥人. 西安电子科技大学科技大学讲师,主要研究方向包括片上网络、AI加速器等.E-mail: lingwang@xidian.edu.cn
    顾华玺 男,1977年生,教授,博士生导师,西安电子科技大学通信工程学院副院长,陕西省青年创新团队负责人,陕西省自然科学杰出青年基金项目获得者.主持国家重点研发计划项目1项、国家自然基金重点项目1项、陕西省杰出青年科学基金1项、国家自然基金面上项目2项以及青年项目1项;与中电集团研究所、中科院计算所、Intel中国研究院等知名研究机构以及华为、中兴通讯等行业领军企业开展合作项目多项。主要研究方向包括网络交换技术、光互连、片上网络、软件定义网络、数据中心网络以及面向分布式AI应用的网络关键技术等.E-mail: hxgu@xidian.edu.cn
  • 基金资助:
    国家重点研发计划(2018YFE0202800);国家自然科学基金(61634004);陕西省杰出青年科学基金资助项目(2020JC-26);国家重点研发计划(2018YFC0831200);陕西高校青年创新团队以及中央高校基本科研业务费(XJS200119)

Research on NSGA-II Based Multi-objective Mapping Method in ONoC

WANG Jia-hui, WEI Wen-ting, WANG Ling, GU Hua-xi   

  1. State Key Laboratory of Integrated Service Networks,Xidian University,Xi’an,Shaanxi 710071,China
  • Received:2020-12-11 Revised:2021-03-17 Online:2022-07-04
  • Contact: WEI Wen-ting

摘要:

片上网络(Network-on-Chip,NoC)是众核处理器中核间通信的重要载体.光片上网络(Optical NoC,ONoC)采用光互连的方式实现IP核间通信,具有高带宽密度、低通信时延、低系统功耗等优势,能有效解决众核处理器带宽和能效瓶颈.由于硅光器件及光信号的传输特性,ONoC性能的提升受到串扰噪声、插入损耗等众多因素制约,如何设计高可靠、低功耗的光片上网络IP 核映射优化方案是ONoC的关键问题之一.本文提出了一种基于NSGA-II算法的多目标IP核映射方法,通过建立串扰噪声、插入损耗多目标联合优化的光片上网络IP核映射模型,设计求解多目标优化的进化算法NSGA-II,以实现高可靠、低功耗的光片上网络IP 核映射优化.实验结果表明,本文的IP核映射方法相比串扰噪声单目标优化平均降低了插入损耗15.5%,相比插入损耗单目标优化平均降低了串扰噪声82.7%.

关键词: 光片上网络, IP核映射, 串扰噪声, 插入损耗

Abstract:

Network-on-Chip (NoC) is an important communication fabric in many-core processors. Optical NoCs (ONoC) using light as transmission medium have shown significant advantages in bandwidth, communication latency and power consumption, which can mitigate bandwidth and energy efficiency bottlenecks in many-core processors. Due to some intrinsic characteristics of silicon optical devices and optical signals, the performance of ONoCs is restricted by some factors such as crosstalk noise, insertion loss, etc. In order to minimize the crosstalk noise and insertion loss of ONoCs, the IP core mapping optimization scheme has become a key issue for high performance ONoCs design. In this paper, an NSGA-II based multi-objective IP-core mapping method is proposed. It builds a multi-objective IP-core mapping mathematical model to optimize the insertion loss and crosstalk noise of ONoC at the same time. Moreover, an improved NSGA-II algorithm is applied to this model to obtain an appropriate mapping result. Experiment results show that, compared with the single-objective algorithms for crosstalk, the proposed IP-core mapping method can reduce insertion loss by average 15.5%, and compared with the single-objective algorithms for insertion loss, it can reduce crosstalk noise by average 82.7%.

Key words: optical networks-on-chip, IP cores mapping, crosstalk noise, insertion loss

中图分类号: