物聯(lián)卡路由器VS有緩沖路由器

目前，關(guān)于片上網(wǎng)絡(luò)路由器的研究主要集中于有緩沖路由器。虛通道路由器中的緩沖器用于緩存網(wǎng)絡(luò)中由于競(jìng)爭(zhēng)而暫時(shí)不能轉(zhuǎn)發(fā)的包，當(dāng)兩個(gè)包競(jìng)爭(zhēng)同一條輸出鏈路時(shí)，一個(gè)包被傳輸而另一個(gè)包則被緩存在緩沖器中。雖然緩沖器能夠有效改善網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率，但是，有緩沖路由器也存在以下三個(gè)方面的局限性：

（1）緩沖器消耗大量的能耗。該能耗不僅包括讀/寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)緩沖時(shí)的動(dòng)態(tài)能耗，還包括緩沖未被使用時(shí)仍存在的靜態(tài)能耗。此外，隨著工藝尺寸的縮放，漏流功耗已成為芯片功耗的重要組成部分。因此，大量緩沖器的存在將會(huì)使得路由器的靜態(tài)漏流功耗顯著增加。

（2）增加了路由器的設(shè)計(jì)復(fù)雜度。首先，需要設(shè)計(jì)包進(jìn)出緩沖的實(shí)現(xiàn)邏輯；其次，需要提供復(fù)雜的流控機(jī)制管理緩沖；第三，由于緩沖的存在可能會(huì)在不同路由器之間出現(xiàn)循環(huán)等待而造成死鎖，因此需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的死鎖避免策略。

（3）緩沖器占據(jù)較大的芯片面積。例如：即使每個(gè)路由器包含僅有16項(xiàng)的一個(gè)緩沖，每一項(xiàng)存儲(chǔ)64字節(jié)數(shù)據(jù)，一個(gè)包含64節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)也需要64KB的緩沖容量。由于片上存儲(chǔ)資源緊張，增加路由器中的緩沖，勢(shì)必與處理單元的片上Cache競(jìng)爭(zhēng)有限的存儲(chǔ)資源。

國(guó)內(nèi)最大的物聯(lián)卡交易平臺(tái)：物聯(lián)卡之家（m.fdgzk.cn）指出，在物聯(lián)卡路由器中，除了流水線(xiàn)寄存器外，沒(méi)有額外的緩沖，路由器接收到包后立即將其轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)路由器。在出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)的情況下，路由器要么將包丟棄、要么采用偏轉(zhuǎn)路由將包偏離最短路徑路由。與有緩沖路由器相比，物聯(lián)卡路由器具有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）面積小、功耗低。由于物聯(lián)卡路由器中不存在大量的緩沖器，因此可以在很大程度上降低路由器的硬件實(shí)現(xiàn)開(kāi)銷(xiāo)。同時(shí)，如前所述，路由器功耗的大部分是由緩沖器所消耗，消除大量的緩沖器可以降低功耗從而減少片上網(wǎng)絡(luò)在整個(gè)芯片中的功耗預(yù)算。物聯(lián)卡路由器的相關(guān)研究表明，消除緩沖器可以降低約40%的能耗。

（2）不需要流控機(jī)制，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。在虛通道路由器中，由于虛通道的容量有限并且為所有包共享，因此需要在發(fā)送和接收路由器之間采用流控機(jī)制來(lái)進(jìn)行虛通道資源的分配。常用的流控機(jī)制有基于信用的流控、基于握手信號(hào)的流控等。流控機(jī)制的引人增加了路由器的設(shè)計(jì)復(fù)雜度和硬件開(kāi)銷(xiāo)。在物聯(lián)卡路由器中，包在相鄰路由器之間的發(fā)送和接收不需要采用流控機(jī)制同步，大大簡(jiǎn)化了路由器的設(shè)計(jì)。

（3）無(wú)死鎖特性。物聯(lián)卡路由器通常采用偏轉(zhuǎn)路由算法，偏轉(zhuǎn)路由算法的一個(gè)重要特性就是天然不存在死鎖。在采用蟲(chóng)孔交換或虛切通交換的路由器中，均需要緩沖器緩存由于競(jìng)爭(zhēng)而暫時(shí)不能轉(zhuǎn)發(fā)的包。由于包在緩沖中的等待而會(huì)出現(xiàn)包請(qǐng)求的資源被其他包所占有，而該包又占有其他包請(qǐng)求的資源的循環(huán)等待情況而發(fā)生死鎖，必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的死鎖避免機(jī)制。在偏轉(zhuǎn)路由算法中，包不需要在路由器中等待，路由器接收到包后立即進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)而無(wú)論轉(zhuǎn)發(fā)的端口是否指向最短路徑，因此不存在死鎖情況，簡(jiǎn)化了路由器的設(shè)計(jì)。    

基于以上三個(gè)方面的分析，研究物聯(lián)卡路由器對(duì)于降低片上網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)復(fù)雜度、減少面積和功耗開(kāi)銷(xiāo)具有極為重要的實(shí)際意義。