一种用于片上网络的交换开关结构

半导体技术的飞速发展推动了片上系统设计进入到片上网络阶段。为了进一步研究其
结构及不同工艺对其的影响，文章分析了片上网络对于片上系统的优越性，并针对其重要组成部分——交换开关提出了一种×pipes 交换开关结构，通过将该结构在65 纳米和90 纳米库中进行分别进行综合分析，从而得出采用65 纳米技术具有很大优势。
关键词：片上网络；交换开关；交叉开关；
在过去的 50 年中，集成电路制造工艺以每年58%的增长率持续发展着。进入21 世纪
后，90 纳米和65 纳米工艺相继投产，标志着纳米时代的开始。在未来的5~10 年中，集成电路的电路规模将超过40 亿晶体管[1]，目前的单一处理器及总线结构是无法驾驭规模如此庞大的电路的。一颗芯片内集成越来越多的内核数量，在实现了强大功能的同时，也引入了许多新的设计问题。其中之一就是如何实现内核间的互连。首先，如何实现一个稳定可靠的内核互连机制？这种互连机制会在很大程度上影响SOC 系统的性能甚至是功耗，简单的总线结构已无法满足SOC 系统中越来越复杂的通信需求[2]。一个由多个内核组成的系统如果使用总线连接，则会需要很长的连线，而这样的总线不可能达到很高的速度。另外，芯片的同步越来越困难，按照传统的方式使用单一时钟已经变得几乎是不可能的。所以，未来的SOC 最有可能采用一个全局异步局部同步[3]的工作方式（Globally Asynchronous and Locally Synchronous），也就是说芯片将不再使用一个统一的时钟，而是采取一种分布式的方式，只是在局部（如一个内核内部）使用传统的单一时钟。相对于SOC 而言，全新的NOC（Network on chip）体系结构是更高层次、更大规模的片上系统，是片上的网络系统。片上网络就是将网络技术应用于SOC 模块互连的设计方法， NOC 技术的核心思想是将计算机网络技术应用到芯片设计中来，以便彻底解决多CPU 的体系结构问题。NOC 可以定义为在单一芯片上实现的基于网络通讯的多处理器系统。NOC 包括运算和通讯两类节点。运算节点（又称为资源，Resource）完成广义的运算任务。它们既可以是SOC，也可以是各种单一功能的IP；通讯节点（又称交换开关，Switch）负责运算节点之间的数据通讯。通讯节点及其之间的网络称为OCN（On Chip Network），它借鉴了分布式计算机系统的通讯方式，用路由和分组交换技术替代传统的总线技术完成通讯任务。本文我们主要介绍交换开关。