AMD 7nm Versal系列器件引入了可編程片上網(wǎng)絡(luò)（NoC, Network on Chip），這是一個(gè)硬化的、高帶寬、低延遲互連結(jié)構(gòu)，旨在實(shí)現(xiàn)可編程邏輯（PL）、處理系統(tǒng)（PS）、AI引擎（AIE）、DDR控制器（DDRMC）、CPM（PCIe/CXL）等模塊之間的高效數(shù)據(jù)交換。

NoC的出現(xiàn)，替代了傳統(tǒng)PL內(nèi)部布線(xiàn)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜總線(xiàn)互連的方式，通過(guò)專(zhuān)用硬化通道提升吞吐量、降低延遲、減少邏輯資源占用，并且能實(shí)現(xiàn)跨Die（SSIT封裝）的高速通信。

NoC架構(gòu)與特性

NoC包含以下主要組件：

NMU（NoC Master Unit）：將AXI請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為NoC數(shù)據(jù)包（NPP），支持時(shí)鐘域轉(zhuǎn)換與速率匹配；

NSU（NoC Slave Unit）：接收并解析NoC數(shù)據(jù)包（NPP），轉(zhuǎn)換為AXI協(xié)議；

NPS（NoC Packet Switch）：全雙工交換機(jī)，連接多個(gè)NoC節(jié)點(diǎn)；

NIDB（NoC Inter-Die Bridge）：跨Die的垂直NoC橋接模塊。

核心特性

水平（HNoC）與垂直（VNoC）通道：減少PL內(nèi)布線(xiàn)壓力，提高拓展能力；

AXI接口靈活配置：支持32位～512位AXI Mem位寬，以及128位～512位AXI4-Stream；

自動(dòng)交錯(cuò)訪(fǎng)問(wèn)：跨多個(gè)DDR控制器分配請(qǐng)求，提升帶寬利用率；

QoS（服務(wù)質(zhì)量）：提供基于延遲/帶寬的優(yōu)先級(jí)控制；

跨Die通信：多Die設(shè)計(jì)中提供高效數(shù)據(jù)通道；

硬化路徑固定延遲：相比可編程互連，延遲更可預(yù)測(cè)，利于實(shí)時(shí)應(yīng)用。

此文結(jié)合Vivado工程，快速熟悉NoC的使用

Vivado中的NoC使用步驟：

新建工程 & BD→添加Versal NoC IP

配置AXI\_Slave（NMU）與AXI\_Master（NSU）

連接DDR控制器、CPM、AI Engine等模塊

在NoC Compiler中查看拓?fù)?，配置QoS、帶寬、路由路徑

必要時(shí)在XDC中固定NMU/NSU位置以減少路徑延遲

分析帶寬與延遲，迭代優(yōu)化

可以看到界面中有AXI_Slave與AXI_Master兩種接口，分別對(duì)應(yīng)NMU與NSU。

NoC內(nèi)部的組件

1、NoC Master Unit (NMU)

NMU的作用是將AXI協(xié)議轉(zhuǎn)換為NoC數(shù)據(jù)包協(xié)議（NPP），同時(shí)，NMU還支持AXI端口和NoC之間的異步時(shí)鐘域轉(zhuǎn)換與速率匹配。

下圖為Vivado工程中NMU的示例：

NMU內(nèi)部結(jié)構(gòu)：

當(dāng)AXI請(qǐng)求進(jìn)入NMU時(shí)鐘域時(shí)，將執(zhí)行數(shù)據(jù)分組，讀寫(xiě)事務(wù)被分解為更小的傳輸（此過(guò)程稱(chēng)為chopping）。

NPP寫(xiě)入的最大大小為256字節(jié)。超過(guò)256字節(jié)的AXI寫(xiě)入可以跨越多個(gè)NPP寫(xiě)入。De-Packetizing&Packetizing會(huì)將粒度大于或等于256字節(jié)的事務(wù)切分為256字節(jié)的傳輸。例如，一個(gè)從0x0開(kāi)始的1K傳輸事務(wù)將分為4 packet進(jìn)行傳輸:0-255、256-511、512-767、768-1023。

Re-tagging模塊在讀取時(shí)重新標(biāo)記以允許無(wú)序傳輸并防止互連阻塞。

在對(duì)外的AXI接口上支持配置32位～512位，在A(yíng)XI4-Stream上支持從128位～512位的可配置數(shù)據(jù)寬度接口。AXI數(shù)據(jù)寬度通過(guò)參數(shù)傳播從連接的IP，無(wú)需手動(dòng)指定位寬。

2、NoC Slave Unit (NSU)

NSU的主要功能是接收和響應(yīng)來(lái)自NoC的數(shù)據(jù)包，這些數(shù)據(jù)包尋址到NSU數(shù)據(jù)包接口，旨在發(fā)送到對(duì)應(yīng)的AXI端口。

3、NoC Packet Switch (NPS)

連接NoC塊以形成完整NoC網(wǎng)絡(luò)交換。每個(gè)NPS都是全雙工4x4 Switch，通過(guò)Switch至少有兩個(gè)延遲周期。

NSU512(PL) NSU512（PL）

4、NoC Inter-Die Bridge (NIDB)

在多個(gè)SSIT芯片之間橋接垂直NoC（VNoC）。

Quality of Service（QoS）

Traffic Class與Read and Write Bandwidth

1、流量類(lèi)別（Traffic Class）

定義了連接上的流量在NoC編譯器和硬件中的優(yōu)先級(jí)。流量類(lèi)在NMU上設(shè)置，適用于從該NMU開(kāi)始的所有路徑。Traffic Class支持如下3種模式：

Low Latency：盡量減少結(jié)構(gòu)延遲，DDR仲裁中優(yōu)先級(jí)最高；

Isochronous：保證最大延遲；DDR隊(duì)列中設(shè)定超時(shí)提前處理；

Best Effort：最低優(yōu)先級(jí)，適合非關(guān)鍵流量。

2、帶寬需求（Bandwidth Requirement）

單獨(dú)設(shè)置讀/寫(xiě)帶寬（單位MB/s或Gb/s）；

Vivado NoC Compiler會(huì)基于此進(jìn)行資源分配與仲裁優(yōu)化。

性能優(yōu)化建議

關(guān)鍵流量?jī)?yōu)先保障：通過(guò)QoS將低延遲或同步流量?jī)?yōu)先級(jí)調(diào)高；

減少跨交換機(jī)跳數(shù)：布局時(shí)盡量縮短N(yùn)MU→NSU的路徑；

合理位寬分配：帶寬與功耗需權(quán)衡，避免過(guò)度配置浪費(fèi)資源；

多Die優(yōu)化：跨Die數(shù)據(jù)盡量走專(zhuān)用VNoC通道，減少延遲；

路徑可視化：在NoC Compiler拓?fù)鋱D中檢查關(guān)鍵路徑是否經(jīng)過(guò)不必要的節(jié)點(diǎn)。

在Vivado BD的NoC界面，可以看到DDRNMUNSUNPSQoS等。

點(diǎn)擊如下QoS選擇卡中的條目，可以看到此路徑下的NoC拓?fù)洹?/p>

關(guān)于安富利

安富利是全球領(lǐng)先的技術(shù)分銷(xiāo)商和解決方案提供商，在過(guò)去一個(gè)多世紀(jì)里一直秉持初心，致力于滿(mǎn)足客戶(hù)不斷變化的需求。通過(guò)遍布全球的專(zhuān)業(yè)化和區(qū)域化業(yè)務(wù)覆蓋，安富利可在產(chǎn)品生命周期的每個(gè)階段為客戶(hù)和供應(yīng)商提供支持。安富利能夠幫助各種類(lèi)型的公司適應(yīng)不斷變化的市場(chǎng)環(huán)境，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中加快設(shè)計(jì)和供應(yīng)速度。安富利在整個(gè)技術(shù)價(jià)值鏈中處于中心位置，這種獨(dú)特的地位和視角讓其成為了值得信賴(lài)的合作伙伴，能夠幫助客戶(hù)解決復(fù)雜的設(shè)計(jì)和供應(yīng)鏈難題，從而更快地實(shí)現(xiàn)營(yíng)收。