A Grouped Sorting Queue Supporting Dynamic Updates for Timer Management in High-Speed Network Interface Cards

doi:10.1109/TC.2026.3688849

A Grouped Sorting Queue Supporting Dynamic Updates for Timer Management in High-Speed Network Interface Cards

2026-04-30

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DOI：10.1109/TC.2026.3688849

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随着网络功能的硬件卸载，网络接口卡（NIC）承担大量有状态、高精度和高吞吐量的任务，其中计时器作为关键使能组件。然而，现有的计时器管理方案存在软件负载重、精度低、缺乏硬件更新支持以及溢出问题。本文提出两种优先队列的新型操作——更新和分组排序——以实现硬件计时器管理。据我们所知，这项工作首次提出了一种硬件优先队列，通过基本操作的组合和传播来支持更新操作，以修改队列中元素的优先级。分组排序机制通过建立分组边界优先级来改变排序过程和元素插入位置，确保溢出后的正确计时行为。采用一维（1D）脉动阵列和移位寄存器的混合架构实现，我们的设计通过分组级仿真对流水线表超时管理进行了验证。结果表明，在28nm工艺中，一个深度为4K、16位计时器队列可实现超过500 MHz（175 Mpps，6 ns精度），在FPGA上超过300 MHz（113 Mpps）。关键在于，与现有设计相比，它分别减少了37%和25%的查找表（LUT）和触发器（FF）使用量。

Keyword:

Priority queue

timer queue

systolic arrays

A Grouped Sorting Queue Supporting Dynamic Updates for Timer Management in High-Speed Network Interface Cards

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