物聯卡路由器VS有緩沖路由器

目前，關于片上網絡路由器的研究主要集中于有緩沖路由器。虛通道路由器中的緩沖器用于緩存網絡中由于競爭而暫時不能轉發的包，當兩個包競爭同一條輸出鏈路時，一個包被傳輸而另一個包則被緩存在緩沖器中。雖然緩沖器能夠有效改善網絡的帶寬利用率，但是，有緩沖路由器也存在以下三個方面的局限性：

（1）緩沖器消耗大量的能耗。該能耗不僅包括讀/寫訪問緩沖時的動態能耗，還包括緩沖未被使用時仍存在的靜態能耗。此外，隨著工藝尺寸的縮放，漏流功耗已成為芯片功耗的重要組成部分。因此，大量緩沖器的存在將會使得路由器的靜態漏流功耗顯著增加。

（2）增加了路由器的設計復雜度。首先，需要設計包進出緩沖的實現邏輯；其次，需要提供復雜的流控機制管理緩沖；第三，由于緩沖的存在可能會在不同路由器之間出現循環等待而造成死鎖，因此需要設計復雜的死鎖避免策略。

（3）緩沖器占據較大的芯片面積。例如：即使每個路由器包含僅有16項的一個緩沖，每一項存儲64字節數據，一個包含64節點的網絡也需要64KB的緩沖容量。由于片上存儲資源緊張，增加路由器中的緩沖，勢必與處理單元的片上Cache競爭有限的存儲資源。

國內最大的物聯卡交易平臺：物聯卡之家（www.sunsut.com）指出，在物聯卡路由器中，除了流水線寄存器外，沒有額外的緩沖，路由器接收到包后立即將其轉發到下一個路由器。在出現競爭的情況下，路由器要么將包丟棄、要么采用偏轉路由將包偏離最短路徑路由。與有緩沖路由器相比，物聯卡路由器具有如下優勢：

（1）面積小、功耗低。由于物聯卡路由器中不存在大量的緩沖器，因此可以在很大程度上降低路由器的硬件實現開銷。同時，如前所述，路由器功耗的大部分是由緩沖器所消耗，消除大量的緩沖器可以降低功耗從而減少片上網絡在整個芯片中的功耗預算。物聯卡路由器的相關研究表明，消除緩沖器可以降低約40%的能耗。

（2）不需要流控機制，簡化設計。在虛通道路由器中，由于虛通道的容量有限并且為所有包共享，因此需要在發送和接收路由器之間采用流控機制來進行虛通道資源的分配。常用的流控機制有基于信用的流控、基于握手信號的流控等。流控機制的引人增加了路由器的設計復雜度和硬件開銷。在物聯卡路由器中，包在相鄰路由器之間的發送和接收不需要采用流控機制同步，大大簡化了路由器的設計。

（3）無死鎖特性。物聯卡路由器通常采用偏轉路由算法，偏轉路由算法的一個重要特性就是天然不存在死鎖。在采用蟲孔交換或虛切通交換的路由器中，均需要緩沖器緩存由于競爭而暫時不能轉發的包。由于包在緩沖中的等待而會出現包請求的資源被其他包所占有，而該包又占有其他包請求的資源的循環等待情況而發生死鎖，必須設計相應的死鎖避免機制。在偏轉路由算法中，包不需要在路由器中等待，路由器接收到包后立即進行轉發而無論轉發的端口是否指向最短路徑，因此不存在死鎖情況，簡化了路由器的設計。    

基于以上三個方面的分析，研究物聯卡路由器對于降低片上網絡的設計復雜度、減少面積和功耗開銷具有極為重要的實際意義。