可重構片上網絡 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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陳少傑，藍英誠，蔡文宗 等 著，許川佩，鬍聰，硃愛軍 等 譯

圖書標籤:

• 片上網絡
• NoC
• 可重構計算
• 計算機體係結構
• 並行計算
• 嵌入式係統
• 硬件設計
• 通信網絡
• 低功耗設計
• 異構計算

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118091779

版次：1

商品編碼：11439119

包裝：平裝

叢書名： 高新科技譯叢.通信技術係列

開本：16開

齣版時間：2014-02-01

用紙：膠版紙

頁數：148

正文語種：中文

內容簡介

　　《可重構片上網絡》闡述瞭近年片上網絡實現和設計方麵的進展，專注於從物理、網絡到應用層的大量片上通信問題。深入探索瞭包括包路由、資源仲裁和通信調度等特定主題。此外，深入研究並給齣瞭一個新穎的雙嚮通道NoC體係結構，《可重構片上網絡》為需要實踐經驗的工程師提供瞭關於片上網絡設計和實現方麵的知識。
　　為讀者詳細介紹瞭NoC設計的各方麵基礎知識，並為有NoC經驗的設計人員做瞭深入分析以開展進一步的研究。
　　描述瞭多種片上通信體係結構，包括一個新穎的雙嚮通信通道NoCo。

目錄

第一部分 片上網絡介紹
第1章 以通信為中心的設計
1．1 以通信為中心的設計概念
1．1．1 多處理器SoC
1．1．2 傳統的片上通信方案
1．1．3 NoC的齣現
1．2 NoC概念
1．3 NoC的分層
1．3．1 物理層
1．3．2 網絡層
1．3．3 應用層
1．4 動機和貢獻
1．4．1 動機
1．4．2 貢獻
1．5 本書章節組織結構
參考文獻
第2章 預備知識
2．1 背景知識
2．2 傳統NoC體係結構
2．3 傳統路由器體係結構
2．4 流控機製
2．4．1 包緩衝流控
2．4．2 基於蟲洞流控的路由器
2．4．3 基於虛通道流控的路由器
2．5 路由和仲裁技術
2．5．1 問題分解
2．5．2 當前技術發展水平
2．6 服務質量控製
2．6．1 麵嚮連接方法
2．6．2 無連接方法
2．7 可靠性設計
2．7．1 NoC的故障類型
2．7．2 NoC的可靠性設計
2．8 能量感知任務調度
參考文獻
第二部分 片上網絡設計方法探究
第3章 高性能NOC路由技術
3．1 NoC路由基礎知識
3．1．1 NoC路由特性
3．1．2 死鎖和活鎖問題
3．1．3 NoC中無死鎖路由方法
3．2 基於轉嚮模型的路由基礎知識
3．2．1 奇偶轉嚮模型
3．2．2 奇偶轉嚮模型路由算法，ROUTE
3．2．3 提齣轉嚮模型路由方法的動機
3．3 轉嚮模型全自適應路由
3．3．1 轉嚮禁令解除
3．3．2 路徑禁令解除
3．3．3 無死鎖和無活鎖
3．3．4 故障容錯優點
3．3．5 性能評估
3．4 小結
參考文獻
第4章 NoC可靠性中性能和能量均衡技術
4．1 NoC的可靠性
4．2 NoC可靠性技術
4．3 故障模型
4．4 NoC的能耗
4．4．1 能量度量推導
4．4．2 重傳緩衝器的影響
4．4．3 每個有用位能量的重新計算
4．5 實驗結果
4．5．1 實驗建立
4．5．2 用於實驗的差錯控製編碼
4．5．3 結果分析
4．6 小結
參考文獻
第5章 NoC Dvs係統的能量感知任務調度
5．1 問題陳述
5．1．1 應用和體係結構定義
5．1．2 廣義能量感知任務調度問題
5．1．3 動態電壓調節（DvS）
5．2 啓發性例子
5．3 算法解決方案
5．3．1 任務優先權排序
5．3．2 任務分配
5．3．3 功率優化
5．3．4 重調度建立
5．4 實驗結果
5．5 小結
參考文獻
第三部分 個案研究：雙嚮NOC（BiNOC）體係結構
第6章 雙嚮NoC體係結構
6．1 問題描述
6．1．1 啓發性例子
6．1．2 通道帶寬利用率
6．2 雙嚮通道
6．2．1 設計需求
6．2．2 相關工作
6．3 BiNoC：雙嚮NoC路由體係結構
6．3．1 采用蟲洞流控的BiNoC路由器
6．3．2 采用虛通道流控的BiNoC路由器
6．3．3 重構輸A／輸齣端口
6．3．4 通道控製模塊
6．3．5 虛通道分配器
6．3．6 開關分配器
6．4 雙嚮通道方嚮控製
6．4．1 路由器間傳輸方案
6．4．2 雙嚮通道路由方嚮控製
6．4．3 資源競爭
6．4，4 包排序
6．4．5 包傳輸中斷
6．5 BiNoC特性
6．5．1 實驗建立
6．5．2閤成流量分析
6．5．3 實際應用實驗
6．5．4 麵積和功耗的實現細節
6．5．5 實現開銷
6．6 小結
參考文獻
第7章 BiNoC的服務質量
7．1 NoC的QoS控製
7．2 NoC典型的五連接Qos機製
7．3 啓發性例子
7．4 BiNoC路由器的QOS設計
7．4．1 優先vC管理和路由器間仲裁
7．4．2 優先權排序的無死鎖路由約束
7．5 路由器間傳輸方案
7．6 BiNOC通道方嚮受控的QoS設計
7．6．1 高優先級有限狀態機的操作
7．6．2 低優先級有限狀態機的操作
7．7 性能評估
7．7．1 BiNoC—QoS和BiNoC一4vC的比較
7．7．2 BiNOC-0S和NOC—QOS的比較
7．7．3 優先路由分析
7．7．4 消耗率分析
7．7．5 CS和BE通信流的比較
7．8 小結
參考文獻
第8章 B5NOC中的故障容錯
8．1 問題和動機
8．2 故障容錯基礎知識
8．2．1 NoC申的故障類型
8．2．2 NoC中的故障容錯
8．2．3 NoC中的雙嚮通道
8．2．4 當前的故障容錯方案問題
8．2．5 我們提齣的技術方法
8．3 雙嚮故障容錯NoC體係結構
8．3．1 雙嚮通道
8．3．2 雙嚮路由器體係結構
8．3．3 通道方嚮變化握手協議
8．3．4 故障容錯控製步驟
8．3．5 路由器間死鎖和解決方法
8．3．6 失效率改進
8．3．7 可靠性提高
8．4 實驗結果
8．4．1 閤成流量實驗
8．4．2 真實流量實驗
8．4．3 開銷分析
8．5 小結
參考文獻
第9章 BsNOC能量感知應用映射
9．1 引言
9．1．1 任務和通信調度
9．1．2 BiNoC體係結構通信模型
9．2啓發性例子
9．3 BiNoC的任務和通信調度
9．3．1 BiNoC中的通信模型和流量
9．3．2 性能改進方法
9．3．3 自學習和濾網框架
9．4 功耗優化方案
9．4．1 粗粒度功耗優化
9．4．2 細粒度功耗優化
9．4．3 有效功耗調度
9．5 實驗結果
9．6 小結
參考文獻
第10章 總結
附錄A 仿真環境
附錄B 性能度量
參考文獻

前言/序言

《並行計算架構演進之路：從多核到異構計算的深度解析》 簡介 在信息爆炸的時代，數據處理的需求以前所未有的速度增長，傳統的計算模式已難以滿足日益復雜的應用場景。從大規模科學計算、深度學習到實時嵌入式係統，高性能、高能效的並行計算能力已成為核心競爭力。本書《並行計算架構演進之路：從多核到異構計算的深度解析》正是對這一計算範式變革的深入探索與係統梳理。它不聚焦於某一特定技術細節，而是著眼於整個並行計算架構的發展脈絡、核心驅動力以及未來趨勢，為讀者提供一個宏觀而深刻的認知框架。 本書旨在為計算機體係結構的研究者、開發者、工程師以及對高性能計算感興趣的學生和專業人士，提供一個全麵、係統、前沿的並行計算架構知識體係。我們力圖通過對過去、現在和未來的梳理，幫助讀者理解不同計算模型下的性能瓶頸、設計權衡以及技術演進的必然性。 第一章：並行計算的起源與需求驅動 在深入探討現代並行計算架構之前，有必要迴顧其産生的曆史背景和根本驅動力。本章將追溯計算機發展的早期階段，分析摩爾定律的失效如何促使計算産業從單純追求時鍾頻率轉嚮多核化。我們將探討是什麼樣的應用需求，例如高性能計算（HPC）的崛起、大數據分析的挑戰、以及圖形處理器（GPU）在遊戲和科學計算領域的突破性應用，催生瞭對並行處理的迫切需求。 時鍾頻率的瓶頸與多核的興起： 詳細闡述瞭因功耗牆、散熱問題等原因導緻CPU時鍾頻率增長停滯，進而引發瞭業界對多核處理器的擁抱。 關鍵應用場景的驅動： 分析瞭HPC（如天氣預報、分子動力學模擬）、數據科學（如機器學習、大數據處理）、以及實時渲染（如3D遊戲、虛擬現實）等領域對計算性能和吞吐量的爆炸性需求，如何直接推動瞭並行計算技術的發展。 並行性的度量與分類： 引入瞭 Flynn 分類法等經典理論，幫助讀者理解不同類型的並行性（SIMD, MIMD）以及它們在不同計算模型中的體現。 硬件與軟件的協同進化： 強調瞭並行計算的發展並非單純的硬件堆砌，而是需要編譯器、操作係統、編程模型等軟件層麵的協同支持。 第二章：多核處理器架構：基礎與演進 多核處理器是當前桌麵、服務器和移動計算領域的主流，理解其架構是掌握並行計算的基礎。本章將深入剖析多核處理器的基本構成，包括共享緩存、私有緩存、互連網絡以及內存一緻性模型。我們將詳細探討不同多核架構的設計選擇，如對稱多處理（SMP）、非對稱多處理（AMP）以及NUMA（Non-Uniform Memory Access）等，並分析它們在性能、可擴展性和成本方麵的優劣。 核心內部的並行化： 講解瞭指令級並行（ILP）技術，如流水綫、超標量、亂序執行等，以及它們如何在一個核心內部實現數據並行。 多核互連網絡： 詳細分析瞭不同類型的片上互連網絡（On-Chip Network, OCN），包括總綫、環形、網格、以及更復雜的拓撲結構（如Torus、Mesh-of-Trees），並討論瞭其在帶寬、延遲、功耗和可擴展性方麵的權衡。 緩存一緻性協議： 深入講解瞭MESI、MOESI等緩存一緻性協議的原理，以及它們在多核係統中保證數據一緻性的重要性，並探討瞭不同協議在性能和復雜性上的差異。 內存訪問模型的挑戰： 剖析瞭UMA和NUMA架構的區彆，以及NUMA係統對軟件和編程模型的特殊要求，如何影響程序性能。 第三章：GPU架構：大規模數據並行計算的顛覆者 圖形處理器（GPU）的崛起是並行計算領域最顯著的變革之一。本書將詳細解析GPU的SIMT（Single Instruction, Multiple Threads）執行模型，其大量的計算單元（流處理器）如何協同工作來處理海量數據。我們將深入探討GPU的內存層次結構，包括全局內存、共享內存、寄存器，以及它們與CPU內存的不同特點。此外，還將分析GPU的綫程調度機製、紋যোগী（Warp）和綫程塊（Thread Block）的概念，以及如何通過CUDA、OpenCL等編程模型來充分發揮GPU的潛力。 SIMT 模型詳解： 闡述GPU如何通過SIMT模型實現大規模數據並行，並將其與CPU的MIMD模型進行對比。 GPU 的內存層次與訪問模式： 深入分析GPU的顯存（全局內存）、共享內存、紋理內存、常量內存以及寄存器，以及它們在訪問延遲、帶寬和共享機製上的差異。 綫程組織與調度： 詳解綫程塊、綫程、SIMD單元、SIMT引擎等概念，以及GPU的調度器如何管理和調度海量綫程。 CUDA 和 OpenCL 編程模型： 介紹主流的GPU編程模型，包括其核心概念、API以及如何編寫高效的GPU內核。 GPU 在通用計算（GPGPU）領域的應用： 探討GPU從圖形渲染擴展到科學計算、機器學習、大數據分析等通用計算領域的曆程與成果。 第四章：異構計算：融閤與優化 隨著計算需求的日益多樣化，單一的計算架構往往難以滿足所有需求。異構計算將不同類型的計算單元（如CPU、GPU、FPGA、ASIC等）集成到一個係統中，以發揮各自優勢，實現更高的整體性能和能效。本章將探討異構計算係統的構成、通信機製以及軟件棧。我們將深入分析不同計算單元之間的協同工作方式，例如CPU負責任務調度和復雜控製邏輯，GPU負責大規模並行計算，FPGA負責定製化加速等。同時，還將討論異構係統中的數據移動、同步和負載均衡等關鍵挑戰。 異構計算的定義與動機： 解釋異構計算的本質，以及為什麼單一架構無法滿足所有高性能計算的需求。 常見的異構計算單元： 詳細介紹CPU、GPU、FPGA、DSP（數字信號處理器）、ASIC（專用集成電路）等不同計算單元的特點、優勢和適用場景。 異構係統中的通信與互連： 探討CPU與GPU之間的PCIe總綫、NVLink等高速互連技術，以及FPGA與CPU/GPU之間的集成和通信方式。 異構編程模型與框架： 介紹OpenMP Target Offload, SYCL, OpenCL的異構擴展等，以及如何利用這些框架來抽象和管理異構計算資源。 異構係統中的軟件棧與運行時： 分析異構係統中操作係統、驅動程序、編譯器、庫和中間件的作用，以及它們如何支持異構應用的開發和部署。 功耗與性能的協同優化： 探討如何在異構係統中平衡計算單元的選擇、數據移動和任務分配，以達到最優的性能功耗比。 第五章：麵嚮特定領域的並行計算架構 除瞭通用並行計算架構，許多領域也發展齣瞭高度定製化的並行計算解決方案。本章將聚焦於一些具有代錶性的特定領域，如： AI 加速器： 深入分析為深度學習和人工智能任務設計的專用芯片（如TPU, NPU），它們如何在張量運算、矩陣乘法等方麵實現極緻的性能和能效。 高性能網絡處理器： 探討用於處理海量網絡流量的專用硬件，它們如何在數據包處理、路由轉發等方麵實現極高的吞吐量。 嵌入式實時係統： 分析在汽車電子、工業控製、通信設備等領域，對低功耗、低延遲、高可靠性的實時並行計算架構的需求和設計。 FPGA 在加速計算中的應用： 討論FPGA如何通過硬件可編程性，為特定算法提供高度優化的並行計算解決方案。 AI 加速器的架構特點： 詳細解析TPU（Tensor Processing Unit）、NPU（Neural Processing Unit）等AI專用芯片的架構，例如大規模並行矩陣乘法單元、數據流架構、以及針對神經網絡計算的優化。 網絡處理器（NP）的設計哲學： 探討NP如何處理高吞吐量、低延遲的網絡數據包，包括流水綫式處理、專用指令集以及DMA（直接內存訪問）等技術。 實時嵌入式並行架構的考量： 分析在對功耗、體積、成本敏感的嵌入式場景下，如何設計滿足實時性要求的並行計算方案，例如多核DSP、專用硬件加速器等。 FPGA 的可編程性優勢： 闡述FPGA如何通過重新配置硬件邏輯，為特定應用提供定製化的並行計算能力，尤其在算法不斷變化的場景下的優勢。 第六章：並行計算的未來趨勢與挑戰 展望未來，並行計算將繼續朝著更高性能、更高能效、更廣泛的應用領域邁進。本章將探討當前麵臨的挑戰，如“內存牆”的持續存在、“馮·諾依曼瓶頸”的挑戰、以及編程復雜性的問題。我們將深入分析量子計算、神經形態計算等新興的計算範式，以及它們可能如何改變未來的並行計算格局。同時，也將討論如何通過更先進的編譯器技術、更直觀的編程模型和更智能的硬件設計，來降低並行編程的門檻，推動並行計算的普及。 “內存牆”的挑戰與對策： 探討內存帶寬和延遲的瓶頸如何限製瞭處理器性能的進一步提升，以及高帶寬內存（HBM）、3D堆疊內存等解決方案。 功耗與散熱的持續挑戰： 分析在高密度、高性能並行計算係統中，如何有效管理功耗和散熱，是實現可持續高性能的關鍵。 軟件與編程模型的演進： 探討如何發展更高級彆的編程抽象，如領域特定語言（DSL）、自動並行化工具，以簡化並行程序的開發。 新興計算範式的影響： 引入量子計算、神經形態計算等未來計算方嚮，分析它們對並行計算的潛在顛覆性影響。 可持續性與綠色計算： 討論在追求高性能的同時，如何兼顧能源效率和環境可持續性，推動綠色計算的發展。 人工智能驅動的硬件設計： 展望AI技術如何被應用於加速芯片設計、驗證和優化過程。 結論 《並行計算架構演進之路：從多核到異構計算的深度解析》旨在為讀者構建一個清晰、完整的並行計算知識體係。通過對過去、現在和未來的係統梳理，我們希望能夠激發讀者對這一關鍵技術領域的深入思考，並為他們在未來的研究和實踐中提供有益的指導。本書的內容涵蓋瞭並行計算從基礎理論到前沿技術，從通用架構到特定領域應用，力求全麵而深入。我們相信，理解並行計算的演進之路，對於把握未來計算技術的發展脈搏至關重要。 本書的價值在於，它不局限於某一特定技術點，而是提供瞭一個宏觀的視角，讓讀者能夠理解不同技術選擇背後的邏輯、權衡與驅動力。無論您是希望深入理解現代處理器的工作原理，還是想掌握如何高效利用GPU進行科學計算，抑或是對未來計算技術的發展充滿好奇，本書都將是您不可或缺的學習夥伴。 我們希望通過本書，能夠幫助讀者深刻理解計算架構的變革如何驅動著科技的進步，並為應對未來日益增長的計算挑戰做好準備。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計和字體選擇都透著一股沉穩而專業的學術氣息，讓我對其內容的深度和嚴謹性有瞭初步的信心。我是一個對底層計算機係統優化非常感興趣的開發者，特彆是對於如何通過改變硬件架構來提升計算效率。我猜測“可重構片上網絡”這本書會詳細講解在芯片內部構建一個可以根據不同計算任務的通信需求，動態地改變其連接結構和拓撲的係統。這就像是給芯片內部的“交通網絡”裝上瞭一個智能的“交通指揮係統”，能夠實時優化路綫，減少擁堵，從而提高數據傳輸的效率和整體係統的性能。我希望書中能夠提供關於可重構技術在片上網絡設計中的具體實現原理、麵臨的技術挑戰以及相應的解決方案。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計非常吸引人，深邃的藍色背景搭配簡潔的白色字體，給人一種科技感和專業感。我平時對計算機體係結構、尤其是高性能計算領域有著濃厚的興趣，而“可重構片上網絡”這個名字本身就充滿瞭探索的意味。我一直在尋找能夠深入理解現代處理器設計和通信機製的優質讀物，這本書的標題立刻引起瞭我的注意。我猜測它會詳細闡述如何設計和優化片上網絡（NoC）的架構，使其能夠根據不同的計算任務需求進行動態調整和重構，從而提升整體性能和能效。這對於當前日益復雜的芯片設計和多核處理器的發展趨勢來說，無疑是一個至關重要且極具前瞻性的研究方嚮。我期待這本書能夠提供清晰的理論框架、詳細的實現方法以及實際的案例分析，幫助我理解可重構技術在片上網絡中的應用原理和潛在優勢，或許還能瞭解到一些前沿的研究成果和未來發展趨勢。

評分☆☆☆☆☆

翻開這本書，首先映入眼簾的是其嚴謹的排版和豐富的圖錶。盡管我尚未深入閱讀具體內容，但從目錄的概覽中，我看到瞭許多我熟悉但又希望能更深入瞭解的專業術語，例如“數據流計算”、“網絡拓撲”、“路由算法”等。我推測這本書會從可重構技術的基本概念講起，逐步深入到如何將其應用於片上網絡的各個層麵，比如可配置的交換元件、可動態改變的連接鏈路，甚至是可重構的通信協議。我對書中可能會涉及到的性能評估方法和仿真工具也充滿瞭好奇，畢竟理論研究最終需要通過實際的驗證來支撐。作為一名對底層硬件設計充滿好奇的讀者，我希望這本書能夠提供一些關於如何權衡可重構性與設計復雜性、功耗以及延遲的見解。瞭解這些權衡之道，對於設計齣高效且實用的片上網絡解決方案至關重要。

評分☆☆☆☆☆

從書名“可重構片上網絡”中，我聯想到當下計算領域麵臨的挑戰，比如異構計算的普及和特殊應用的湧現。我猜測這本書很可能探討瞭如何通過可重構的片上網絡來應對這些挑戰。想象一下，一個能夠根據特定算法（如深度學習、圖形渲染等）的需求，動態地調整其內部連接和計算資源分配的片上網絡，這無疑會帶來巨大的性能提升和能效優化。我期待書中能詳細介紹實現這種靈活性的具體技術，比如硬件配置單元的設計、軟件驅動的重構機製，以及如何高效地管理和調度重構過程。對於我而言，理解如何在硬件層麵實現這種“按需定製”的通信架構，將有助於我更好地設計和優化麵嚮特定應用的計算係統。這本書似乎提供瞭一個深入探究這一復雜而迷人話題的絕佳機會。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵風格給我的第一印象是那種深具研究價值的學術專著。我是一名對現代計算機體係結構，特彆是高性能計算領域有持續關注的研究者，而“可重構片上網絡”這個概念恰好觸及瞭我目前研究的一些前沿課題。我推測，這本書會深入探討如何設計和實現一種靈活的片上網絡，使其能夠根據不同的應用負載和計算需求，動態地改變其內部連接方式、路由策略甚至是節點功能。這種“可重構性”的引入，預示著可能能夠顯著提高芯片的通用性和能效比，尤其是在應對日益增長的異構計算和定製化硬件加速需求的背景下。我期望書中能夠提供詳實的理論分析、先進的設計方法學，以及可能的性能評估和優化策略，幫助我理解這種新型片上網絡架構的優勢與局限。