Сеть на микросхеме - Network on a chip - Wikipedia

Сетевая наука
Internet_map_1024.jpg
Типы сетей
Графики
Функции
Типы
Модели
Топология
Динамика
  • Списки
  • Категории
  • Категория: Теория сетей
  • Категория: Теория графов

А сеть на чипе или же сеть на кристалле (NoC /ˌɛпˌoʊˈsя/ en-oh-ВИДЕТЬ или же /пɒk/ стучать )[nb 1] это сеть -основан подсистема связи на Интегральная схема («микрочип»), чаще всего между модули в система на чипе (SoC). Модули на ИС обычно полупроводниковые. IP ядра схематизируя различные функции компьютерная система, и предназначены для модульный в смысле сетевая наука. Сеть на кристалле - это маршрутизатор -основан коммутация пакетов сеть между SoC модули.

Технология NoC применяет теорию и методы компьютерная сеть на чип коммуникация и приносит заметные улучшения по сравнению с обычными автобус и перекладина коммуникационные архитектуры. Сети на кристалле входят во многие сетевые топологии, многие из которых по состоянию на 2018 год все еще являются экспериментальными.

NoC улучшают масштабируемость систем на кристалле и энергоэффективность сложных SoC по сравнению с другими конструкциями подсистем связи. Обычный NoC, используемый в современных персональные компьютеры это графический процессор (GPU) - обычно используется в компьютерная графика, видео игры и ускорение искусственный интеллект. Они новые технологии, с прогнозами значительного роста в ближайшем будущем, как многоядерный компьютерные архитектуры становятся все более распространенными.

Структура

NoC могут охватывать синхронные и асинхронные тактовые домены, известные как пересечение домена часов, или используйте unclocked асинхронный логика. Поддержка NoC глобально асинхронный, локально синхронный архитектуры электроники, позволяющей каждому ядро процессора или функциональный блок в системе на кристалле, чтобы иметь свой собственный часовой домен.[1]

Архитектура

Архитектуры NoC обычно моделируют редкий сети малого мира (SWN) и безмасштабные сети (SFN) для ограничения количества, длины, площади и потребляемая мощность соединительных проводов и точка-точка соединения.

Преимущества

Традиционно ИС разрабатывались со специальными точка-точка соединения, с одним проводом, выделенным для каждого сигнала. Это приводит к плотная сетевая топология. В частности, для больших проектов это имеет несколько ограничений из-за физический дизайн смотровая площадка. Это требует мощность квадратичный по количеству межсоединений. Провода занимают большую часть площадь чипа, И в нанометр CMOS технологии, межкомпонентные соединения доминируют как в производительности, так и в динамике рассеяние мощности, поскольку для распространения сигнала по проводам через микросхему требуется несколько такты. Это также позволяет больше паразитная емкость, сопротивление и индуктивность накапливаться по схеме. (Видеть Правило аренды для обсуждения требований к проводке для соединений точка-точка).

Разреженность и местонахождение соединений в подсистеме связи дают несколько улучшений по сравнению с традиционными автобус на основе и перекладина -системы.

Параллелизм и масштабируемость

Провода в звеньях сети на кристалле разделяются многими сигналы. Высокий уровень параллелизм достигается, потому что все ссылки на данные в NoC может работать одновременно на разных пакеты данных.[Почему? ] Следовательно, поскольку сложность интегрированные системы продолжает расти, NoC обеспечивает повышенную производительность (например, пропускная способность ) и масштабируемость по сравнению с предыдущими архитектурами связи (например, выделенный сигнал точка-точка провода, общий автобусов, или сегментированные автобусы с мосты ). Конечно, алгоритмы[который? ] должны быть разработаны таким образом, чтобы они предлагали большой параллелизм и, следовательно, может использовать потенциал NoC.

Текущее исследование

WiNoC в 3D-чиплете

Некоторые исследователи[ВОЗ? ] думаю, что NoC должны поддерживать качество обслуживания (QoS), а именно выполнение различных требований с точки зрения пропускная способность, сквозные задержки, справедливость,[2] и сроки.[нужна цитата ] Вычисления в реальном времени, включая воспроизведение аудио и видео, являются одной из причин обеспечения поддержки QoS. Однако текущие реализации системы, такие как VxWorks, RTLinux или же QNX могут выполнять вычисления в реальном времени за доли миллисекунды без специального оборудования.[нужна цитата ]

Это может указывать на то, что для многих в реальном времени приложений качество обслуживания существующей внутренней инфраструктуры межсоединений является достаточным, и аппаратная логика будет необходимо для достижения точности в микросекундах, степени, которая редко требуется на практике для конечных пользователей (дрожание звука или видео требует только десятой миллисекундной задержки). Еще одна мотивация для NoC-level качество обслуживания (QoS) - поддержка нескольких одновременных пользователей, совместно использующих ресурсы одного чип мультипроцессор на публике облачные вычисления инфраструктура. В таких случаях логика аппаратного QoS позволяет поставщику услуг договорные гарантии на уровне обслуживания, которое получает пользователь, функция, которая может быть сочтена желательной для некоторых корпоративных или государственных клиентов.[нужна цитата ]

Многие сложные исследовательские проблемы еще предстоит решить на всех уровнях, от уровня физического канала до уровня сети и вплоть до архитектуры системы и прикладного программного обеспечения. Первый специализированный симпозиум по исследованиям сетей на кристалле был проведен в г. Университет Принстона, в мае 2007 г.[3] Второй IEEE Международный симпозиум по сетям на кристалле прошел в апреле 2008 г. Ньюкаслский университет.

Исследования были проведены по интегрированным оптические волноводы и устройства, содержащие оптическую сеть на кристалле (ONoC).[4][5]

Возможный способ увеличения производительности NoC - использование каналов беспроводной связи между чиплеты - именованная беспроводная сеть на кристалле (WiNoC).[6]

Побочные преимущества NoC

В многоядерной системе, соединенной с помощью NoC, сообщения о когерентности и запросы пропуска кеша должны проходить переключатели. Соответственно, коммутаторы могут быть дополнены простыми элементами отслеживания и пересылки, чтобы определять, какие блоки кеша будут запрашиваться в будущем какими ядрами. Затем элементы пересылки выполняют многоадресную рассылку любого запрошенного блока на все ядра, которые могут запросить этот блок в будущем. Этот механизм снижает частоту промахов кэша.[7]

Контрольные точки

Разработка и исследования NoC требуют сравнения различных предложений и вариантов. Шаблоны трафика NoC находятся в стадии разработки, чтобы помочь в таких оценках. Существующие тесты NoC включают шаблоны трафика NoCBench и MCSL NoC.[8]

Блок обработки межсоединений

Блок обработки межсоединений (IPU)[9] это внутренняя коммуникационная сеть с аппаратное обеспечение и программного обеспечения компоненты, которые совместно реализуют ключевые функции разных система на кристалле модели программирования через набор коммуникаций и примитивы синхронизации и предоставить низкий уровень сервисы платформы для включения расширенных функций[который? ] в современных гетерогенных приложениях[необходимо определение ] на одном умереть.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ В этой статье используется условное обозначение "NoC". /пɒk/ засовывать. Поэтому для обозначения неопределенный артикль соответствующий NoC ("а NoC "). Другие источники могут произносить это как /ˌɛпˌoʊˈsя/ en-oh-ВИДЕТЬ и поэтому используйте "ан NoC ".

Рекомендации

  1. ^ Кунду, Сантану; Чаттопадхьяй, Сантану (2014). Сеть на кристалле: новое поколение интеграции системы на кристалле (1-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. п. 3. ISBN  9781466565272. OCLC  895661009.
  2. ^ «Балансировка времени ожидания внутрикристальной сети при отображении множества приложений для микропроцессоров и микропроцессоров». IPDPS. Май 2014.
  3. ^ NoCS 2007 интернет сайт.
  4. ^ Библиография On-Chip Networks
  5. ^ Библиография меж- и внутричиповых оптических сетей -
  6. ^ Слюсарь В.И., Слюсарь Д.В. Пирамидальная конструкция 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. - Стр. 140 - 142. [1]
  7. ^ Марзи Ленджани, Махмуд Реза Хашеми (2014). «Древовидная схема для снижения частоты промахов в общем кэше с использованием регионального, статистического и временного сходства». ИЭПП Компьютеры и цифровые технологии. 8: 30–48. Дои:10.1049 / iet-cdt.2011.0066.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  8. ^ «Нет трафика». www.ece.ust.hk. Получено 2018-10-08.
  9. ^ Марчелло Коппола, Милтос Д. Грамматикакис, Риккардо Локателли, Джузеппе Маручча, Лоренцо Пьералиси, «Дизайн экономичных блоков обработки межсоединений: Spidergon STNoC», CRC Press, 2008, ISBN  978-1-4200-4471-3

Адаптирован из Авиноама Колодного столбец в ACM SIGDA электронная рассылка к Игорь Марков
Исходный текст можно найти на http://www.sigda.org/newsletter/2006/060415.txt

дальнейшее чтение

  • Кунду, Сантану; Чаттопадхьяй, Сантану (2014). Сеть на кристалле: новое поколение интеграции системы на кристалле (1-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN  9781466565272. OCLC  895661009.
  • Шэн Ма, Либо Хуанг, Минче Лай, Вэй Ши, Чжиин Ван (2014). Сети на кристалле: от реализаций к парадигмам программирования (1-е изд.). Амстердам, Нидерланды: Морган Кауфманн. ISBN  9780128011782. OCLC  894609116.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  • Джорджиос Димитракопулос, Анастасиос Псаррас, Иоаннис Сейтанидис (27 августа 2014 г.). Микроархитектура маршрутизаторов "сеть на кристалле": взгляд разработчика (1-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. ISBN  9781461443018. OCLC  890132032.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  • Натали Энрайт Джергер, Тушар Кришна, Ли-Шиуан Пех (19.06.2017). Внутричиповые сети (2-е изд.). Сан-Рафаэль, Калифорния. ISBN  9781627059961. OCLC  991871622.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  • Марзи Ленджани, Махмуд Реза Хашеми (2014). «Древовидная схема для снижения частоты промахов в общем кэше с использованием регионального, статистического и временного сходства». ИЭПП Компьютеры и цифровые технологии. 8: 30–48. Дои:10.1049 / iet-cdt.2011.0066.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)

внешняя ссылка