26、片上随机通信：解决片上系统通信难题的新范式

片上随机通信：解决片上系统通信难题的新范式

1. 引言

随着CMOS技术向深亚微米（DSM）领域发展，片上系统（SoCs）变得越来越复杂。传统的CAD工具在处理大量放置在单个芯片上的知识产权（IP）模块时效率低下，导致设计和验证成本迅速增加。同时，DSM领域的设备和互连会出现新的故障类型，这些故障难以用确定性测量来表征。

为了降低设计成本，放宽设备和互连100%正确性的要求成为一种选择，但这需要SoCs具备一定程度的系统级容错能力。目前，分布式计算中的容错算法大多因资源需求大而难以在片上应用，经典网络协议的重传机制会增加延迟，而实现全自适应路由的成本又过高。因此，需要一种新的通信范式来解决这些问题。

2. 前期工作

在疾病传播的数学建模方面，早期研究表明在某些条件下，流行病会呈指数级快速传播。后来，有人提出了用于数据库数据对象惰性更新的概率广播算法——随机流言算法，该算法的行为类似于流行病的传播。一些网络协议基于相同原理，具有良好的可扩展性和稳定的吞吐量，并且最近这些算法也被应用于传感器网络。

在片上网络（NoC）的容错设计方面，虽有人提出基于自主容错单元的架构，但尚未指定能容忍各种错误的通信协议，同步故障及其对NoC通信的影响也未得到解决。

3. 故障模型

传统网络文献中识别出多种故障模型，如崩溃故障、瞬态故障（包括遗漏故障和任意故障）。但在DSM领域，最可能出现的故障是掺杂分布波动、高场导致的带间隧穿和迁移率下降，以及重要的泄漏电流。

对于DSM电路，最常见的故障类型是数据传输错误（数据翻转）和因缓冲区溢出导致的消息丢失，此外，由于现代电路跨越多个时钟域，同步错误也难以