NoC Router Pipeline and Allocators

NoC Router Pipeline and Allocators（路由器流水线与分配器）

interconn-study 微架构篇 Day 17：Dally & Towles Ch.11–12——flit 进路由器后的五级路径与交叉开关仲裁。设计师视角补集见 NoC Router 微架构；延迟优化见 Day 18。

Source: interconn-study-21d-day-17.md

五级流水线

Input → RC → VA → SA → ST → LT → next hop
        路由  VC   开关  过开关  过链路

级	名称	做什么	备注
RC	Route Compute	算输出端口	仅 head
VA	VC Allocation	选输出 VC	仅 head；常关键
SA	Switch Allocation	争用 Crossbar	关键路径
ST	Switch Traversal	穿过 Crossbar
LT	Link Traversal	链路上发送	可与 ST 重叠

Body/Tail 通常只走 SA → ST → LT（省 RC/VA）。@1 GHz 标准五级 → 头延迟约 5 ns/跳（未做 look-ahead/投机优化前）。

Crossbar

N 端口全连接：约 N² crosspoint。Mesh 路由器常见 5×5（N/E/S/W + Local）→ 25 点；面积/线延迟随 N² 恶化 → 推动 CMesh 权衡。

Switch Allocator

仲裁器	思想	公平 / 吞吐	复杂度
Round-Robin	指针轮转	简单公平	低；难达最大匹配
Matrix Arbiter	优先级矩阵	强公平	中
iSLIP	多轮 request–grant–accept；指针延迟更新	高吞吐 + 公平	多轮，可流水
Wavefront	对角波前匹配	高吞吐	硬件波前逻辑

iSLIP（McKeown 1999）是输入排队交换机经典；笔记中 WSE SA 强候选（非官方确认）。

Head vs Body 时序

Flit	级数	直觉
Head	5（可优化到 3–4）	建路径贵
Body	3	跟车流水

大规模 Mesh 上累加跳延迟 → 必须做 Day 18 优化（speculative SA、look-ahead、bypass）。

相关页面

• Virtual Channel Flow Control — Day 16：VA 前置
• NoC Router Pipeline Optimizations — Day 18
• NoC Router 微架构 — EB/credit/VA-SA 电路
• Flow Control Fundamentals — Day 15
• Flattened Butterfly Topology — 高基数动机
• Cerebras WSE

Citations

[1] interconn-study-21d-day-17.md — D&T Ch.11–12（Day 17）