اسم الباحث:م. رهف أحمد المصطفى

اسم المشرف:

العنوان:تقييم أداء الشبكات ضمن الرقاقة باستخدام البنى المنطقية غير المتزامنة

العنوان باللغة الإنكليزية:

Evaluation of Network-on-Chip Performance Using Asynchronous Logical Architectures

العام:2026

القسم:هندسة الإلكترونيات والاتصالات

الملخص:

أصبحت الشبكات ضمن الرقاقة NOCs (Networks on Chip) في الوقت الحالي الوسيلة الأساسية للتواصل ونقل البيانات في الأنظمة ضمن الرقاقة متعددة النواة، نظراً لما تتمتع به من مزايا مثل زيادة الإنتاجية، وسهولة التوسع، وتحسين استخدام المساحة مقارنة بالبنى المعتمدة على خطوط النقل، بالبداية كانت أغلب هذه الشبكات تعتمد نموذج التصميم المتزامن، ولكن مع زيادة مساحة الرقاقة وعدد الوحدات الوظيفية ضمنها، ازدادت مشاكل الشبكات ضمن الرقاقة المتزامنة من صعوبة توزيع نبضة الساعة إلى زيادة استهلاك الطاقة، وتراجع الأداء. مما استدعى وجود حل بديل وهو الشبكات ضمن الرقاقة غير المتزامنة، نتيجةً لذلك تزايد اهتمام الباحثين في مجال تصميم الشبكات ضمن الرقاقة غير المتزامنة ودراسة أداء بنية الموجه باستخدام نماذج التصميم غير المتزامن المختلفة، إلا أن أغلب التصاميم في هذه الدراسات والأبحاث تم تنفيذها إما باستخدام أدوات محاكاة خاصة بالتصاميم المتزامنة، وإمّا ضمن بيئات FPGA التقليدية المتزامنة، وهذا بدوره أدى إلى العديد من المشاكل أهمها زيادة التعقيد، والكلفة المادية بالإضافة إلى صعوبات التنفيذ على المستوى الفيزيائي، والقيود التي تفرضها معمارية النظام المتزامن  كما أن نماذج التصميم غير المتزامن المستخدمة بحد ذاتها تخضع لقيود زمنية حرجة بهدف المحافظة على الأداء، وعدم حدوث خلل أو أخطاء بعمل الدارة، أي إنه عملياً لا تزال الدارة بحاجة لمزامنة عملياتها للعمل بشكل صحيح وفعّال.

انطلاقاً من ذلك كان الهدف الرئيسي لهذا البحث هو التقييم الفعلي لأداء الشبكات ضمن الرقاقة باستخدام بنى منطقية غير متزامنة بشكل بحت، أي لا تخضع لقيود زمنية حرجة، أو التحكم باستخدام نبضة ساعة مركزية أو محلية، من خلال تحقيق بيئة غير متزامنة متكاملة تعتمد منطق الاتفاقية الفارغة  NCL (Null convention logic) بوصفه منطقاً غير متزامن لا يخضع لقيود زمنية حرجة، وتنفيذ موجه الشبكات ضمن الرقاقة والوحدات المكونة له باستخدام هذه البيئة، وتقييم أداءها، ومقارنتها مع نظيراتها المتزامنة، بمساعدة أداة المحاكاة cadence مع تدفق التصميم VTR( verilog-to-routing) الذي يدعم التصاميم غير المتزامنة، وأظهرت النتائج تحسن ملحوظ بزمن تأخير الموجه غير المتزامن بنسبة 43% مقارنةً بنظيره المتزامن على حساب زيادة المساحة، نتيجة استخدام المنطق NCL لترميز البيانات ثنائي الأسلاك.

كما تم ضمن هذا البحث تحسين بنية الموجه غير المتزامن من خلال تقليل استهلاكه للمساحة باعتماد تقنية الـ Register-Less-pipeline، واستخدام سلسلة المسجلات كوحدة تخزين مؤقت ضمن وحدة دخل الموجه، مما أدى إلى انخفاض استهلاك المساحة من قبل الموجه غير المتزامن إلى النصف تقريباً مقارنة ببنيته قبل التعديل.

الكلمات المفتاحية: الشبكات ضمن الرقاقة، منطق الاتفاقية الفارغة، التصميم غير المتزامن، الوحدة المنطقية القابلة لإعادة البرمجة.

تحميل البحث