Budgeted Express-Mesh: Traffic-Aware Link Placement and Deadlock-Free Adaptive Routing
Authors: Li Cao, Jingyuan Ma Affiliation: Tsinghua University（课设/课程论文；Instructor: Prof. Kaisheng Ma） arXiv: 2609.17057（2026-09-15，cs.AR/cs.NI；Wed 9/16 列表 v2） PDF: arXiv PDF
在固定 wire budget 下，向 2D mesh 加入少量 traffic-aware express links，并用 ASPL greedy + simulation-guided annealing 放置；运行时 committed top-K 路由 + 死锁 escape。补 Topology Optimization Variants 里 Express Mesh 的现代仿真证据。
动机
少量长距离链路可决定整网饱和吞吐，而其余容量闲置；只比 Mesh、或随机放置，无法回答「预算内如何放」。
方案
- 放置：traffic-aware ASPL Greedy（单位线成本最大降 ASPL）；再 SA 以仿真吞吐/延迟目标 refining。
- 路由：committed top-K；延迟量化的 express 拥塞与 reservation；escape timeout。
- 仿真：gem5 Garnet；默认 8×8、B=32、1 flit/cycle；扩展 16×16 异构 SoC 流量。
效果（仅论文数字）
| 指标 | 数字 |
|---|---|
| Mesh → Greedy 静态 | ASPL 5.333→3.837，Diam 14→8（8 links / wire cost 31） |
| 注入率 0.80 Tornado | Greedy vs Random 吞吐 +50.7%；SA vs Greedy +3.7% |
| 注入率 0.70 Tornado / CutStress | Greedy vs Random +45.7% / +33.2% |
| SA vs Greedy（高负载多流量） | 吞吐再 +1.3–7.1% |
低负载（0.40）增益很小；高负载才拉开。合成流量，非 LLM 应用迹。
与 wiki 的关系
- Mesh and Torus Topology — 基拓扑
- Topology Optimization Variants — Express Mesh / Expansion 变体
- Adaptive Routing NoC — 自适应与 escape
- Interconnection Topology Metrics — ASPL/直径
- NoC Router Microarchitecture — Garnet 路由器语境
- Collective-Capable NoC — LLM 集体通信 NoC 对照（本文无集体原语）
开放问题
- 真实 LLM all-reduce / MoE dispatch 迹下预算放置是否同序。
- Express 延迟 τ(e) 与封装线长模型耦合后，SA 目标是否翻转。
- 与 wafer-scale / chiplet 长边链路的端口度约束。
Citations
[1] arXiv PDF — Cao & Ma, arXiv:2609.17057 [2] budgeted-express-mesh-noc.md — ingest stub