过热点

过热点是一种冶金、电子工程的专业术语。用深能级瞬态谱(DLTS)和液晶显示等技术分析了软特性硅功率器件体内‘’过热点‘’的微观结构及形成原因。表明：在高温扩散工艺中，较大温度梯度产生的局部热应力场，造成重金属杂质择优淀积，使晶体缺陷电激活,是产生体内‘’过热点‘’的根源。根据热加速场发射效应解释了‘’过热点"对硅功率器件电学性能的影响。

片上网络通信中过热点的弱化方法提出一种能够弱化片上网络通信过程中过热点的方法。过热点会导致通信延时和router的功耗增大，在NoC中需要尽可能的减少过热点的出现。通过增加通信量较大的IP核所连接的router数目和设计新的通信路由算法减少过热点的发生。在4×4Mesh结构上仿真了所提出的方案，统计了数据传输延时和单个router的最大交换次数。实验结果表明，这种方法能够有效的减小数据传输延时和片上router的平均功耗，并且能够有效的降低NoC中过热点出现的可能性。1

大通信量router 上弱化过热点在NoC中，核与核之间通信时，通信量较大的IP核所连接的router可能会成为NoC中的过热点。为了避免过热点的发生，可以在通信量较大的IP核上添加多个router，减少单个router的通信量，从而减少过热点。

将addr_s中的router地址设置为源router地址，addr_d中的地址设置为目的router地址，可以将数据通过源router发送到目的router，然后通过目的router进入IP核。通过这种方法，将传统的mesh结构下的通信量较大的核所对应的单个router的工作量分配到多个router上，可以有效的减少该IP核所连接的router产生过热点的可能，预防拥塞的问题，减小数据的传输延时，提高网络的性能。1

NoC中减少过热点的出现减小NoC中过热点形成的方法和传统Mesh结构下XY路由算法的时延比较结果，可以看出随着数据注入速率的增大，减小NoC中过热点形成的方法比2D-Mesh结构下的XY路由算法的时延要小。可见减小NoC中过热点形成的方法可以降低网络的延迟，在一定程度上减少过热点的发生。在NoC的通信中，若router的功耗过大，该router就可能形成过热点。而router的平均功耗和单位时间内数据包交换数成正比。为了衡量router的最大平均功耗，采用的是比较NoC中router单位时间内交换的最大数据包个数。

通过比较，在相同数据注入速率下，减小NoC中过热点形成的方法与传统的Mesh结构下的XY路由算法相比在router单位时间内交换的最大数据包个数上要少，那么在相同的注入速率下，router所消耗的最大功耗，前者比后者要小。通过分析可以看出，减小NoC中过热点形成的方法确实可以有效的减小NoC中过热点的发生。1

NoC中通信过热点问题及容错路由方法深入分析2D-Mesh NoC的通信特点，提出了一种新的片上网络通信中过热点的弱化方案。该方案分别通过调节通信量较大的IP核所连的路由器的通信量和通信时尽量平衡整个网络的流量，从而达到弱化过热点的目的。

在NoC的通信过程中，某些路由器被频繁的作为数据传输路径上的节点，造成该路由器通信任务过大，形成过热点。自适应路由算法可以为数据选择不同的传输路径，因此可以改善该类过热点。提出了一种自适应维序路由，将路由器中四个传输方向的转发率作为变换传输维的条件，并且该算法在路由时保持了最短路径的。下面给出转发率的定义：

定义：转发率是指该方向上已经转发出去的数据包个数与该路由器上所有转发出去的数据包总数的比值，即：转发率=该方向的转发数据包数目除以该路由器上的转发数据包数目。

所提出的自适应维序路由的主要思想是：若数据转发在同行（或者同列）进行，则只能沿该行（或者该列）传输。否则，数据依照最短传输路径的原则在水平方向和垂直方向转发：首先检查水平方向的转发率，若大于一定的值x (x为经验值，实验中x取值为0.5)，则从水平方向和垂直方向中转发率较小的方向传输数据，否则直接从水平方向传输。该路由算法通过将数据传输任务尽可能的分散到网络的所有路由器中，使得网络的拥塞程度减小，同时能够防止网络中部分路由器承担的通信任务远大于其它路由器。2

采用了2D-Mesh的拓扑结构，因此每个路由器有四个通信端口和一个本地通信端口。四个通信端口分别为：North、East，South，West。设（cx，cy）为当前路由器地址，（dx，dy）为目的路由器地址，rx=dx-cx，ry=dy-cy。

在NoC中最常用的算法是XY路由算法和O-E路由算法。XY路由算法是一种维序算法。该算法实现比较简单，在NoC研究中被广泛采用。但其缺点也很明显，路径比较单一，易造成拥塞。O-E路由算法是一种自适应的路由算法，在数据的路由过程中路由的路径是不确定的，这样它就能够根据网络的拥塞状况选择路由的路径，有效的避免网络出现拥塞。

路由算法与 XY 路由算法和O-E 路由算法的比较。横轴是数据注入率，纵轴是数据端到端平均延时。实验是在4X42D-Mesh结构下进行的，数据传输采用的是转置模式，即（i，j）节点的数据发送给（4-i-1，4-j-1）。

由平均端到端延时比较可见，随着数据注入速率的增长，提出的路由算法的延时最小。因此所采用的路由算法比XY路由算法和O-E路由算法的传输时延短，通信的速度快。2

本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所