stringtranslate.com

Сеть на чипе

Сеть на кристалле или сеть на кристалле ( NoC / ˌɛ n ˌ oʊ ˈ s iː / en-oh- SEE или / n ɒ k / knock ) [nb 1] — это сетевая коммуникационная подсистема на интегральной схеме (« микрочип » ), чаще всего между модулями в системе на кристалле ( SoC ). Модули на ИС обычно представляют собой полупроводниковые IP-ядра, схематизирующие различные функции компьютерной системы , и спроектированы так, чтобы быть модульными в смысле сетевой науки . Сеть на кристалле — это сеть коммутации пакетов на основе маршрутизатора между модулями SoC .

Технология NoC применяет теорию и методы компьютерных сетей к внутрикристальной коммуникации и обеспечивает заметные улучшения по сравнению с традиционными архитектурами шинной и перекрестной коммуникации . Сети на кристалле существуют во многих сетевых топологиях , многие из которых по состоянию на 2018 год все еще являются экспериментальными. [ необходима цитата ]

В 2000-х годах исследователи начали предлагать тип внутрикристального соединения в форме сетей коммутации пакетов [1] для решения проблем масштабируемости шинной архитектуры. Предшествующие исследования предложили конструкцию, которая маршрутизирует пакеты данных вместо маршрутизации проводов. [2] Затем в 2002 году была предложена концепция «сети на чипах». [3] NoC улучшают масштабируемость систем на чипе и энергоэффективность сложных SoC по сравнению с другими конструкциями подсистем связи. Они являются новой технологией , с прогнозами на большой рост в ближайшем будущем, поскольку многоядерные компьютерные архитектуры становятся все более распространенными.

Структура

NoCs могут охватывать синхронные и асинхронные домены часов, известные как кроссинг доменов часов , или использовать несинхронизированную асинхронную логику. NoCs поддерживают глобально асинхронные, локально синхронные электронные архитектуры, позволяя каждому ядру процессора или функциональному блоку на System-on-Chip иметь свой собственный домен часов . [4]

Архитектура

Архитектуры NoC обычно моделируют разреженные сети малого мира (SWN) и сети без масштабирования (SFN) для ограничения количества, длины, площади и энергопотребления соединительных проводов и соединений точка-точка .

Топология

Топология определяет физическую компоновку и соединения между узлами и каналами. Сообщение проходит через переходы, и длина канала каждого перехода зависит от топологии. Топология существенно влияет как на задержку , так и на энергопотребление. Кроме того, поскольку топология определяет количество альтернативных путей между узлами, она влияет на распределение сетевого трафика и, следовательно, на пропускную способность сети и достигаемую производительность. [5]

Преимущества

Традиционно ИС проектировались с выделенными соединениями точка-точка , с одним проводом, выделенным для каждого сигнала. Это приводит к плотной топологии сети . Для больших конструкций, в частности, это имеет несколько ограничений с точки зрения физического дизайна . Это требует мощности, квадратичной по количеству соединений. Провода занимают большую часть площади чипа , и в нанометровой технологии КМОП соединения доминируют как над производительностью, так и над динамическим рассеиванием мощности , поскольку распространение сигнала в проводах через чип требует нескольких тактовых циклов . Это также позволяет накапливать больше паразитной емкости , сопротивления и индуктивности в цепи. (См. правило Рента для обсуждения требований к проводке для соединений точка-точка).

Разреженность и локальность взаимосвязей в подсистеме связи обеспечивают ряд улучшений по сравнению с традиционными системами на основе шин и перекрестных линий .

Параллелизм и масштабируемость

Провода в связях сети на кристалле совместно используются многими сигналами . Высокий уровень параллелизма достигается, поскольку все каналы передачи данных в NoC могут одновременно работать с различными пакетами данных . [ почему? ] Поэтому, поскольку сложность интегрированных систем продолжает расти, NoC обеспечивает повышенную производительность (например, пропускную способность ) и масштабируемость по сравнению с предыдущими архитектурами связи (например, выделенные сигнальные провода точка-точка , общие шины или сегментированные шины с мостами ). Алгоритмы [ какие? ] должны быть разработаны таким образом, чтобы они предлагали большой параллелизм и, следовательно, могли использовать потенциал NoC.

Текущие исследования

WiNoC в 3D-чиплете

Некоторые исследователи [ кто? ] считают, что NoC должны поддерживать качество обслуживания (QoS), а именно, достигать различных требований с точки зрения пропускной способности , сквозных задержек, справедливости [ 6] и сроков . [ нужна цитата ] Вычисления в реальном времени, включая воспроизведение аудио и видео, являются одной из причин предоставления поддержки QoS. Однако текущие реализации систем, такие как VxWorks , RTLinux или QNX, способны достигать субмиллисекундных вычислений в реальном времени без специального оборудования. [ нужна цитата ]

Это может означать, что для многих приложений реального времени качество обслуживания существующей инфраструктуры межсоединений на кристалле достаточно, и для достижения точности в микросекунды потребуется выделенная аппаратная логика , которая редко требуется на практике для конечных пользователей (дрожание звука или видео требует гарантии задержки всего в десятую часть миллисекунды). Еще одной мотивацией для качества обслуживания (QoS) уровня NoC является поддержка нескольких одновременных пользователей, совместно использующих ресурсы одного многопроцессорного чипа в общедоступной облачной вычислительной инфраструктуре. В таких случаях аппаратная логика QoS позволяет поставщику услуг давать договорные гарантии на уровень обслуживания, который получает пользователь, что может быть желательной для некоторых корпоративных или государственных клиентов. [ необходима цитата ]

Многие сложные исследовательские проблемы еще предстоит решить на всех уровнях, от уровня физической связи через сетевой уровень и вплоть до архитектуры системы и прикладного программного обеспечения. Первый специализированный исследовательский симпозиум по сетям на кристалле состоялся в Принстонском университете в мае 2007 года. [7] Второй международный симпозиум IEEE по сетям на кристалле состоялся в апреле 2008 года в Ньюкаслском университете .

Исследования проводились на интегрированных оптических волноводах и устройствах, включающих оптическую сеть на кристалле (ONoC). [8] [9]

Возможным способом повышения производительности NoC является использование беспроводных каналов связи между чиплетами — так называемая беспроводная сеть на чипе (WiNoC). [10]

Дополнительные преимущества

В многоядерной системе, соединенной NoC, сообщения о когерентности и запросы на пропуск кэша должны проходить через коммутаторы. Соответственно, коммутаторы могут быть дополнены простыми элементами отслеживания и пересылки для определения того, какие блоки кэша будут запрошены в будущем какими ядрами. Затем элементы пересылки выполняют многоадресную рассылку любого запрошенного блока всем ядрам, которые могут запросить этот блок в будущем. Этот механизм снижает частоту пропусков кэша. [11]

Показатели

Разработка и исследования NoC требуют сравнения различных предложений и вариантов. Разрабатываются шаблоны трафика NoC, чтобы помочь в таких оценках. Существующие бенчмарки NoC включают NoCBench и MCSL NoC Traffic Patterns. [12]

Блок обработки межсоединений

Блок межсоединений процессора (IPU) [13] представляет собой встроенную в кристалл коммуникационную сеть с аппаратными и программными компонентами, которые совместно реализуют ключевые функции различных моделей программирования систем на кристалле посредством набора примитивов связи и синхронизации и предоставляют низкоуровневые платформенные сервисы для включения расширенных функций [ каких? ] в современных гетерогенных приложениях [ требуется определение ] на одном кристалле .

Смотрите также

Примечания

  1. ^ В этой статье принято, что "NoC" произносится как / n ɒ k / nock . Поэтому для неопределенного артикля, соответствующего NoC (" a NoC"), используется правило "a" . В других источниках его могут произносить как / ˌ ɛ n ˌ oʊ ˈ s iː / en-oh- SEE и, следовательно, использовать " an NoC".

Ссылки

  1. ^ Guerrier, P.; Greiner, A. (2000). "Общая архитектура для соединений с коммутацией пакетов на кристалле". Труды конференции и выставки Design, Automation and Test in Europe 2000 (Cat. No. PR00537) . Париж, Франция: IEEE Comput. Soc. стр. 250–256. doi :10.1109/DATE.2000.840047. ISBN 978-0-7695-0537-4. Архивировано из оригинала 2022-10-22 . Получено 2022-11-23 .
  2. ^ Труды, Конференция по автоматизации проектирования 2001 г.: 38-й DAC: Las Vegas Convention Center, Лас-Вегас, Невада, 18–22 июня 2001 г. Ассоциация вычислительной техники, Специальная группа по автоматизации проектирования ACM. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Ассоциация вычислительной техники. 2001. ISBN 1-58113-297-2. OCLC  326240184.{{cite book}}: CS1 maint: others (link)
  3. ^ Benini, L.; De Micheli, G. (январь 2002 г.). «Сети на чипах: новая парадигма SoC». Computer . 35 (1): 70–78. doi :10.1109/2.976921. Архивировано из оригинала 22.10.2022 . Получено 23.11.2022 .
  4. ^ Кунду, Сантану; Чаттопадхай, Сантану (2014). Сеть на кристалле: следующее поколение системной интеграции на кристалле (1-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. стр. 3. ISBN 978-1-4665-6527-2. OCLC  895661009.
  5. ^ Staff, EDN (2023-07-26). "Объяснение топологий межсоединений Network-on-chip (NoC)". EDN . Получено 2023-11-17 .
  6. ^ «Балансировка сетевой задержки на кристалле при отображении нескольких приложений для многопроцессорных чипов». IPDPS . Май 2014 г.
  7. ↑ NoCS 2007 Архивировано 01.09.2008 на сайте Wayback Machine .
  8. ^ Библиография по сетям на кристалле
  9. ^ "Библиография по меж-/внутричиповым оптически сетям-". Архивировано из оригинала 2015-09-23 . Получено 2015-07-02 .
  10. ^ Слюсар В.И., Слюсар Д.В. Пирамидальное проектирование массива наноантенн. // VIII Международная конференция по теории и технике антенн (ICATT'11). - Киев, Украина. - Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт». - 20–23 сентября 2011 г. - С. 140–142. [1] Архивировано 17 июля 2019 г. на Wayback Machine
  11. ^ Марзие Ленджани; Махмуд Реза Хашеми (2014). «Схема на основе дерева для снижения частоты промахов общего кэша с использованием региональных, статистических и временных сходств». IET Computers & Digital Techniques . 8 : 30–48. doi :10.1049/iet-cdt.2011.0066. Архивировано из оригинала 9 декабря 2018 г.
  12. ^ "NoC traffic". www.ece.ust.hk . Архивировано из оригинала 2017-12-25 . Получено 2018-10-08 .
  13. ^ Марчелло Коппола, Милтос Д. Грамматикакис, Риккардо Локателли, Джузеппе Маручча, Лоренцо Пьералиси, «Проектирование экономичных процессоров межсоединений: Spidergon STNoC», CRC Press, 2008, ISBN 978-1-4200-4471-3 

Адаптировано из колонки Авиноама Колодного в электронном информационном бюллетене ACM SIGDA Игоря Маркова.
Оригинальный текст можно найти по адресу http://www.sigda.org/newsletter/2006/060415.txt

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки