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本書旨在介紹片上路由器網路設計中最重要的概念和技術細節，希望為讀者闡明基本概念，並明確片上網路研究的趨勢和最新進展。本書共9章，首先介紹了多核架構環境下的片上網路，解釋了片上網路如何適應多核設計的整體系統架構；然後介紹了各種拓撲成本及性能的權衡、路由演算法、網路中使用的流控制機制、路由器微體系結構、建模和評估片上網路的細節；接著介紹了一系列基於片上互連網路技術的計算架構設計案例，並全面分析了前面章節介紹的各種技術是如何在實際部署中進行取捨和融合的；最後介紹了未來幾年在推動片上網路研究探索中將面臨的關鍵技術和新領域。本書面向熟悉基本電腦體系結構概念，並且對片上互連網路感興趣的工程師和研究人員，可以作為他們理解片上網路基礎知識和瞭解片上網路最先進研究的基礎參考資料。同時，本書既可以用於教授基本概念，又可以用於學習最先進的設計，對研究生和行業工程師都具有重要價值。
任鵬舉
西安交通大學教授、人工智慧與機器人研究所副所長，國家級青年人才計畫入選者。分別於2004年和2012年獲得西安交通大學學士和博士學位，美國麻省理工學院計算機與人工智慧實驗室聯合培養博士。研究方向為人工智慧和計算機體系結構。現任中國人工智慧產業發展聯盟AI晶片組秘書長。 夏天，畢業于法國國立應用科學學院（INSA de Rennes）並獲得博士學位，現任西安交通大學人工智慧學院助理教授，多年來一直從事計算機架構和軟體系統的研究和教學，並曾參與多個商業作業系統和虛擬化平臺的研發。研究興趣廣泛，包括傳統和新型計算架構、數據傳輸網路技術、作業系統技術和虛擬化技術等，對多處理器系統及其相關的片上互連網路技術有著深刻的理解和豐富的工程實踐經驗。
第1章 導論 1
1.1 多核時代的出現 1
1.2 片上網路和片外網路的比較 3
1.3 網路基礎：快速入門 4
1.3.1 片上網路的演變 4
1.3.2 片上網路的基本構建模組 6
1.3.3 性能和成本 7
第2章 片上網路的系統架構介面 9
2.1 CMP系統中的共用存儲網路 10
2.1.1 快取一致性協定對網路性能的影響 12
2.1.2 快取一致性協定對片上網路的要求 15
2.1.3 協議級鎖死 16
2.1.4 多級緩存實現對網路性能的影響 17
2.1.5 目錄基節點和記憶體控制器的設計策略 22
2.1.6 未命中/事務狀態保持寄存器 24
2.1.7 前沿技術概述 27
2.2 消息傳遞機制 28
2.3 片上網路介面標準 30
2.4 總結 33
第3章 拓撲 34
3.1 指標 34
3.1.1 與網路流量無關的指標 35
3.1.2 與網路流量相關的指標 36
3.2 直連拓撲：ring、mesh和torus 40
3.3 非直連拓撲：交叉開關、蝶形網路、clos網路和fat tree網路 42
3.4 不規則拓撲 48
3.4.1 分解法與合併法 50
3.4.2 拓撲綜合演算法示例 51
3.5 層級拓撲 52
3.6 實現 53
3.6.1 佈局佈線 53
3.6.2 抽象度量指標的含義 55
3.7 前沿技術概述 57
第4章 路由 59
4.1 路由演算法的類型 59
4.2 避免鎖死 61
4.3 確定性維序路由 62
4.4 無關路由 63
4.5 自我調整路由 65
4.5.1 自我調整路由概述 65
4.5.2 自我調整轉向模型路由 67
4.6 多播路由 71
4.7 不規則拓撲中的路由 72
4.8 實現 73
4.8.1 源路由實現 74
4.8.2 基於節點查閱資料表的路由實現 75
4.8.3 組合電路實現 77
4.8.4 自我調整路由實現 78
4.9 前沿技術概述 79
第5章 流控制 81
5.1 消息、資料包、flit和phit 81
5.2 基於消息的流控制 83
5.3 基於資料包的流控制 85
5.3.1 存儲轉發流控制 86
5.3.2 虛擬直通流控制 87
5.4 基於flit的流控制 88
5.5 虛擬通道流控制 90
5.6 無鎖死流控制 94
5.6.1 時間線和虛擬通道劃分 94
5.6.2 逃生虛擬通道 96
5.6.3 氣泡流控制 97
5.7 緩衝區反壓 98
5.7.1 基於credit的緩衝區反壓機制 99
5.7.2 基於開啟/關閉信號的緩衝區反壓機制 99
5.8 流控制協議的實現 100
5.8.1 緩衝區大小與周轉時間 100
5.8.2 反向信號線 103
5.9 特定應用的片上網路流控制 104
5.10 前沿技術概述 105
第6章 路由器微體系結構 107
6.1 虛擬通道路由器微體系結構 107
6.2 緩衝區和虛擬通道 109
6.2.1 緩衝區的組織方式 109
6.2.2 輸入虛擬通道狀態 112
6.3 開關設計 113
6.3.1 交叉開關設計 113
6.3.2 交叉開關加速 115
6.3.3 交叉開關切分 117
6.4 分配器和仲裁器 118
6.4.1 round-robin 仲裁器 119
6.4.2 矩陣仲裁器 121
6.4.3 分離式分配器 122
6.4.4 波前分配器 124
6.4.5 分配器的組織方式 130
6.5 流水線 131
6.5.1 流水線的實現 133
6.5.2 流水線的優化 136
6.6 低功耗微體系結構 143
6.6.1 動態功耗 144
6.6.2 漏電功耗 145
6.7 物理電路實現 147
6.7.1 路由器佈局規劃 147
6.7.2 緩衝區電路實現 149
6.8 前沿技術概述 149
第7章 建模和評估 153
7.1 評價指標 153
7.1.1 分析模型 153
7.1.2 理想的互連結構 156
7.1.3 網路延遲?輸送量?能耗曲線 157
7.2 片上網路建模的基礎架構 160
7.2.1 RTL和軟體模型 160
7.2.2 功耗和面積模型 161
7.3 網路流量 162
7.3.1 消息類、虛擬網路、消息長度和順序 162
7.3.2 應用程式的網路流量 163
7.3.3 合成網路流量 165
7.4 調試方法 166
7.5 片上網路生成器 167
7.6 前沿技術概述 169
第8章 案例分析 171
8.1 MIT Eyeriss（2016） 172
8.2 Princeton Piton（2015） 175
8.3 Intel Xeon Phi（2015） 177
8.4 D E Shaw研究的Anton 2（2014） 181
8.5 MIT SCORPIO（2014） 182
8.6 Oracle Sparc T5（2013） 185
8.7 密西根大學的 Swizzle Switch（2012） 186
8.8 MIT Broadcast NoC（2012） 187
8.9 Georgia Tech 3D-MAPS（2012） 189
8.10 KAIST Multicast-NoC（2010） 190
8.11 Intel Single-chip Cloud（2009） 191
8.12 UC Davis AsAP（2009） 193
8.13 Tilera TILEPro64（2008） 195
8.14 ST MicroElectronics STNoC（2008） 198
8.15 Intel TeraFLOPS（2007） 201
8.16 IBM Cell（2005） 204
8.17 小結 205
第9章 結論 207
9.1 傳統的互連 207
9.2 彈性的片上網路 210
9.3 作為FPGA內部互連的NoC 211
9.4 多加速器的異構SoC中的NoC 212
9.5 片上網路的相關會議 213
9.6 文獻說明 213
參考文獻 214
