一种近理想的基于片上网络多核容错路由算法设计

随着 CMOS 技术尺寸的不断缩小，片上网络（NoC）不可避免地面临日益加剧的磨损与可靠性下降。处理器与存储器中的故障可通过冗余屏蔽，或借助任务迁移等技术缓解；而 NoC 尤其易受硬件故障影响，因为单条链路中断便可能导致片间通信无限期停滞，使整个多核芯片无法工作。因此，NoC 构成了采用它们的芯片多核中成为关键故障点的风险。为实现故障链路存在下的无缝 NoC 运行，我们提出 Hermes——一种近理想的容错路由算法，其目标包括高鲁棒性、分布式运行、无死锁保证以及流量均衡等。Hermes 是一种低开销的无死锁混合路由算法，在无故障路径上利用负载均衡路由维持高吞吐，同时在故障邻近区域提供预配置的逃逸路径选择。在此在线机制下，Hermes 的性能随故障链路数量增加而优雅退化，这是现有研究中所缺乏的关键理想响应。此外，在故障链路拓扑密集分布致使网络划分为非通信区域的场景中，Hermes 能识别此类分区，使发往物理隔离区域的包不会因从子网络边界开始的无限链式阻塞而导致网络停滞。包含来自全系统芯片多处理器模拟的流量负载在内的广泛实验评估表明，与最先进技术相比，Hermes 将网络吞吐提升了最高达 $3\times$。进一步的硬件综合结果证明了 Hermes 的有效性。