Æthereal NoC（Æthereal 片上网络）
Goossens et al., IEEE Design & Test, 2005：aethereal-network-on-chip.md。纲领：Guaranteed Services（GS） 对稳健 SoC 必要；片上可用 contention-free routing 做到硬吞吐/延迟界，并用 BES 回收闲置容量。
为何片上能做硬保证
| 问题 | 片外 | 片上（Æthereal 立场） |
|---|---|---|
| 丢包 | 常见 → 只有统计保证 | 可靠 SoC + 流控 → 可无丢包 |
| 争用 | 延迟抖动 / 拥塞 | 用 时分预约 消除同时争用 |
| 大缓冲仲裁 | rate/deadline 可行 | 路由器缓冲太贵 → 不可接受 |
多媒体多流「同等重要」→ 纯优先级会退化成 BES；TDM 可给不同带宽预约、同一优先级。
Contention-free routing
流水线 TDM 电路交换：连接打开期间预约线、缓冲与时隙。
Slot table T[S slots × N outputs]:
T(s, o) = i → 时隙 s：输入 i → 输出 o
每 slot 每端口最多 1 block；下一 slot 转发
性质：
- 无争用 by construction（每输出每 slot ≤1 输入）
- 每跳延迟 = 1 slot；带宽 ∝ 块大小 / S
- GS 块可无 header（路径在表里）
- 单 block 输入队列即够；路由器间 GS 无需链路流控
- store-and-forward 块推进 → 无死锁（相对虫孔资源环）
同步：集中时钟，或邻居间 token/SDF 式分布式 slot 同步。
对照：Flow Control Fundamentals 的电路/SAF/虫孔谱系；Switching Principles 的 TDM。
GS + BES
| GS | BES | |
|---|---|---|
| 机制 | slot 预约 TDM | 虫孔 + 输入排队 + 源路由 |
| 优先级 | 高（占预约时隙） | 低（吃空闲/未用预约） |
| 缓冲 | 1 block | 多 flit + credit 流控 |
| 死锁 | 构造避免 | 靠路由策略 |
组合路由器：GS∥BES 共享开关/链路；BES 仅在无 GS 块时前进。
编程模型
| Distributed | Centralized | |
|---|---|---|
| 配置 | SetUp / TearDown / Ack（BES 系统包） | 根进程 / MMIO 写 NI（可无路由器 slot 表） |
| 优点 | 可扩展、一致 | 面积小、贴近当时 SoC |
| 代价 | 每路由器 slot 表 + RCU | 可扩展性差；GS 可能带 header |
拓扑仅强假设：路径可逆（TearDown 回退）。设计时冲突无关分配 → 运行时顺序无关仍确定性。
实现谱系（0.13 µm，文中表）
| 点 | Area | 备注 |
|---|---|---|
| GS-BE + 分布式 | 0.24 mm² @ 500 MHz | 可扩展端 |
| GS-BE + 集中 | 0.13–0.175 mm² | 中间 |
| GS-only + 集中 | 0.033 mm² @ 1 GHz | 便宜端；4 GB/s/port |
队列若用寄存器可占面积 ~80% → 最小 GS 队列 + 专用 FIFO 是关键选择。
与现代确定性 NoC 对照
| Æthereal GS | Cerebras Color | |
|---|---|---|
| 确定性手段 | 全局/邻居同步 时隙表 | 静态 color 路由配置 |
| 粒度 | TDM slot × 连接 | wavelet/color 通道 |
| BES | 显式虫孔旁路 | 少见「软」旁路；偏全确定性 |
| 目标年代 | 多媒体 SoC QoS | 晶圆级 AI 数据流 |
同属「预配置 → 运行时无仲裁争用」家族；机制不同。亦见 Deterministic Execution。
相关页面
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- NoC Router Pipeline and Allocators — 现代 SA（对比「无仲裁 GS」）
- Interconnection Network Design Space — 流控层定位
- Collective-Capable NoC — 现代加速器 NoC 另一极（collective 硬件）
Citations
[1] Aethereal_Network_on_Chip_Concepts_Architectures_Implementations_2005.pdf [2] aethereal-network-on-chip.md