物联卡路由器VS有缓冲路由器

目前，关于片上网络路由器的研究主要集中于有缓冲路由器。虚通道路由器中的缓冲器用于缓存网络中由于竞争而暂时不能转发的包，当两个包竞争同一条输出链路时，一个包被传输而另一个包则被缓存在缓冲器中。虽然缓冲器能够有效改善网络的带宽利用率，但是，有缓冲路由器也存在以下三个方面的局限性：

（1）缓冲器消耗大量的能耗。该能耗不仅包括读/写访问缓冲时的动态能耗，还包括缓冲未被使用时仍存在的静态能耗。此外，随着工艺尺寸的缩放，漏流功耗已成为芯片功耗的重要组成部分。因此，大量缓冲器的存在将会使得路由器的静态漏流功耗显著增加。

（2）增加了路由器的设计复杂度。首先，需要设计包进出缓冲的实现逻辑；其次，需要提供复杂的流控机制管理缓冲；第三，由于缓冲的存在可能会在不同路由器之间出现循环等待而造成死锁，因此需要设计复杂的死锁避免策略。

（3）缓冲器占据较大的芯片面积。例如：即使每个路由器包含仅有16项的一个缓冲，每一项存储64字节数据，一个包含64节点的网络也需要64KB的缓冲容量。由于片上存储资源紧张，增加路由器中的缓冲，势必与处理单元的片上Cache竞争有限的存储资源。

国内最大的物联卡交易平台：物联卡之家（www.wulianka.cn）指出，在物联卡路由器中，除了流水线寄存器外，没有额外的缓冲，路由器接收到包后立即将其转发到下一个路由器。在出现竞争的情况下，路由器要么将包丢弃、要么采用偏转路由将包偏离最短路径路由。与有缓冲路由器相比，物联卡路由器具有如下优势：

（1）面积小、功耗低。由于物联卡路由器中不存在大量的缓冲器，因此可以在很大程度上降低路由器的硬件实现开销。同时，如前所述，路由器功耗的大部分是由缓冲器所消耗，消除大量的缓冲器可以降低功耗从而减少片上网络在整个芯片中的功耗预算。物联卡路由器的相关研究表明，消除缓冲器可以降低约40%的能耗。

（2）不需要流控机制，简化设计。在虚通道路由器中，由于虚通道的容量有限并且为所有包共享，因此需要在发送和接收路由器之间采用流控机制来进行虚通道资源的分配。常用的流控机制有基于信用的流控、基于握手信号的流控等。流控机制的引人增加了路由器的设计复杂度和硬件开销。在物联卡路由器中，包在相邻路由器之间的发送和接收不需要采用流控机制同步，大大简化了路由器的设计。

（3）无死锁特性。物联卡路由器通常采用偏转路由算法，偏转路由算法的一个重要特性就是天然不存在死锁。在采用虫孔交换或虚切通交换的路由器中，均需要缓冲器缓存由于竞争而暂时不能转发的包。由于包在缓冲中的等待而会出现包请求的资源被其他包所占有，而该包又占有其他包请求的资源的循环等待情况而发生死锁，必须设计相应的死锁避免机制。在偏转路由算法中，包不需要在路由器中等待，路由器接收到包后立即进行转发而无论转发的端口是否指向最短路径，因此不存在死锁情况，简化了路由器的设计。    

基于以上三个方面的分析，研究物联卡路由器对于降低片上网络的设计复杂度、减少面积和功耗开销具有极为重要的实际意义。