物聯(lián)卡之家：不存在緩沖器的物聯(lián)卡路由器

目前關于物聯(lián)卡路由器的研究主要分為兩類：基于丟包的物聯(lián)卡路由器和基于偏轉路由的物聯(lián)卡路由器。物聯(lián)卡路由器的特點決定了其必須采用相應的機制處理多個包競爭同一個路由端口的情況。基于丟包的物聯(lián)卡路由器采用丟包的方式處理競爭，而基于偏轉路由的物聯(lián)卡路由器則采用繞道路由的方式處理競爭。基于丟包的物聯(lián)卡路由器中的丟包降低了路由器的性能，并且需要額外的重傳機制處理丟包的情況，增加了路由器的設計復雜度。

基于偏轉路由的物聯(lián)卡路由器克服了基于丟包的物聯(lián)卡路由器的不足，不存在丟包的情況，但是其面臨的一個最大問題是活鎖避免。傳統(tǒng)的基于偏轉路由的物聯(lián)卡路由器按包在網絡中所待時間的長短對包進行優(yōu)先級排序，按優(yōu)先級從高到低的順序進行輸出端口分配，能夠有效避免活鎖。但是，按優(yōu)先級逐個分配輸出端口的串行結構邏輯級數(shù)多，成為物聯(lián)卡路由器的關鍵路徑，限制了路由器實現(xiàn)的時鐘頻率。

為此，針對上述兩種物聯(lián)卡路由器存在的不足，對物聯(lián)卡路由器的微體系結構進行優(yōu)化設計，提高路由器的性能，對設計未來大規(guī)模多核SoC的高性能片上互連具有重要意義。此外，三維片上網絡已在國際上引起學術界和產業(yè)界的廣泛關注，在未來幾年內將成為NoC一個重要的研究方向。在三維片上網絡中采用傳統(tǒng)的基于偏轉路由的物聯(lián)卡路由器，端口的增加將會導致按優(yōu)先級進行輸出端口分配的串行結構邏輯級數(shù)進一步增加。因此，本文分別針對二維和三維片上網絡對基于偏轉路由的物聯(lián)卡路由器微體系結構進行優(yōu)化設計以提高其實現(xiàn)頻率。

國內最大的物聯(lián)卡交易平臺：物聯(lián)卡之家（www.sunsut.com）指出，在物聯(lián)卡路由器中，由于不存在緩沖器，可以降低軟錯誤出現(xiàn)的概率。通常故障在芯片上隨機出現(xiàn)，因此面積大的邏輯往往比面積小的邏輯更容易出錯。隨著集成電路面積的增加，可靠性按照指數(shù)率惡化。與有緩沖路由器相比，物聯(lián)卡路由器的面積大大降低，使其在應對故障方面具有先天優(yōu)勢。

在物聯(lián)卡路由器線卡所嵌入的物理芯片中，網絡處理器芯片和業(yè)務量管理器芯片是數(shù)據(jù)平面處理的兩大功能芯片。其中網絡處理器芯片的主要功能包括路由查找、數(shù)據(jù)包分類、數(shù)據(jù)包修改等，業(yè)務量管理器芯片的主要功能則包括擁塞控制、流量整形、數(shù)據(jù)包緩存和調度等。在線卡的輸入方向上，當線卡接收到一個網絡數(shù)據(jù)包時，它首先會把數(shù)據(jù)包發(fā)送給網絡處理器芯片進行預處理，然后再將其發(fā)送給業(yè)務量管理器芯片進行進一步的排隊調度等操作。在物聯(lián)卡路由器中，路由器的存儲功能主要在業(yè)務量管理器芯片中實現(xiàn)，因此業(yè)務量管理器芯片需要配置大容量的外部存儲器，以便在網絡發(fā)生擁塞時可以把數(shù)據(jù)包緩存在本地存儲器中，降低丟包率。    

路由器的存儲模塊是一個十分重要的模塊，它直接影響到物聯(lián)網的性能以及穩(wěn)定性。隨著物聯(lián)網的發(fā)展，網絡的研究者和開發(fā)者己經不滿足于路由器存儲模塊的暫存數(shù)據(jù)包功能，而是希望進一步挖掘路由器存儲模塊的數(shù)據(jù)緩存潛力，進而提升網絡的服務質量。因此，在未來物聯(lián)網體系結構的研究中，研究者們己經開始更加注重挖掘存儲模塊的功能。如在以內容為中心的未來物聯(lián)網體系結構的研究中，路由器的存儲模塊的功能有了新的定義：路由器可以對流經它的數(shù)據(jù)包進行緩存，當再次接收到請求該數(shù)據(jù)包的請求時，路由器可以直接從本地緩存中把需要的數(shù)據(jù)包讀取出來，直接發(fā)送給請求者，而不需要把請求轉發(fā)給其他路由器或者服務器。這種新型的網絡體系結構賦予了路由器存儲模塊一種新的使命，它不再是一個簡單的buffer，而是網絡中的一級cache。