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面向存算一体芯片的模拟计算阵列中存算一体芯片的车载存算一体芯片的片上网络与数据流调度.docx
资料介绍
面向存算一体芯片的模拟计算阵列中存算一体芯片的车载存算一体芯片的片上网络与数据流调度
摘要
随着车载存算一体芯片中计算单元数量的增加和存算阵列规模的扩大，片内数据互连的带宽和延迟成为制约系统整体性能的关键因素。本文针对车载存算一体芯片的片上通信需求，设计了一种面向存算一体特性的片上网络（NoC）架构，通过将存算阵列的存储端口直接连接到NoC路由节点，实现数据在存储域和计算域之间的零拷贝传输。该架构采用2D Mesh拓扑结构，支持多优先级数据通道和集合通信原语，将片内数据搬移延迟降低至传统方案的1/5，带宽利用率提升至90%以上，为车载存算一体芯片提供了高能效的片上数据互连架构。
一、车载存算一体芯片的片上通信需求
1.1 数据流特征
自动驾驶感知的数据流呈现以下特征：传感器数据从芯片边缘流入，经过特征提取、融合和决策后输出控制信号。数据流具有明显的方向性（从输入到输出）和流水线特征，不同处理阶段的数据量差异显著。
1.2 通信瓶颈
在传统NoC架构中，存算阵列的存储端口通过桥接电路连接到NoC，数据访问需要经过多次协议转换，延迟较大。在256 TOPS的算力需求下，NoC的带宽需求超过500GB/s。
二、存算一体NoC架构
2.1 存算直连路由节点
在NoC的路由节点中增加存算阵列的专用接口，将RRAM阵列的存储端口直接连接到路由节点的本地端口，无需经过桥接电路。存算数据的访问延迟降低至传统方案的1/5。
2.2 多优先级数据通道
在NoC中设置四个优先级的数据通道，分别对应控制信号（最高优先级）、传感器数据（高优先级）、中间特征（中优先级）和模型权重（低优先级）。高优先级的数据包在路由节点中优先转发，确保关键任务的实时性。
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