Netværk på en chip - Network on a chip

Netværk videnskab
Internet_map_1024.jpg
Netværkstyper
Grafer
Funktioner
Typer
Modeller
Topologi
Dynamik
  • Lister
  • Kategorier

Et netværk på en chip eller netværk-on-chip ( NOC / ˌ ɛ n ˌ oʊ s jeg / en-OH- SEE eller / n ɒ k / banke ) er et netværk -baserede kommunikation delsystemet på en integreret kredsløb (" mikrochip "), typisk mellem moduler i et system på en chip ( SoC ). Modulerne på IC'en er typisk halvleder- IP-kerner, der skematiserer forskellige funktioner i computersystemet og er designet til at være modulære i netværksvidenskabelig forstand . Netværket på chip er en router baseret pakkekobling netværk mellem SoC moduler .

NOC-teknologien anvender teori og metoder til computernetværk til on-chip kommunikation og bringer bemærkelsesværdige forbedringer i forhold til konventionel bus og overligger kommunikation arkitekturer . Networks on-chip findes i mange netværkstopologier , hvoraf mange stadig er eksperimentelle fra og med 2018.

NoC'er forbedrer skalerbarheden af systems-on-chip og effektiviteten af komplekse SoC'er sammenlignet med andre kommunikationsundersystemsdesign. En almindelig NoC, der anvendes i moderne personlige computere, er en grafikbehandlingsenhed (GPU) - ofte brugt i computergrafik , videospil og fremskyndelse af kunstig intelligens . De er en voksende teknologi med fremskrivninger for stor vækst i den nærmeste fremtid, da mangecore computerarkitekturer bliver mere almindelige.

Struktur

NOCs kan spænde synkrone og asynkrone ur domæner, kendt som ur domæne passage eller bruge taktfrie asynkron logik. NoC'er understøtter globalt asynkrone, lokalt synkron elektronikarkitekturer, så hver processorkerne eller funktionel enhed på System-on-Chip har sit eget urdomæne .

Arkitekturer

NoC-arkitekturer modellerer typisk sparsomme små-verdensnetværk (SWN'er) og skalafrie netværk (SFN'er) for at begrænse antallet, længden, arealet og strømforbruget af sammenkoblingsledninger og punkt-til-punkt- forbindelser.

Topologi

Topologien er det første grundlæggende aspekt af NoC-design, og det har en dybtgående effekt på de samlede netværksomkostninger og ydeevne. Topologien bestemmer det fysiske layout og forbindelserne mellem noder og kanaler. Beskedkrydsningen af ​​humle og hvert humles kanallængde afhænger også af topologien. Således påvirker topologien signifikant ventetid og strømforbrug. Da topologien desuden bestemmer antallet af alternative stier mellem noder, påvirker den desuden netværkstrafikfordelingen og dermed netværksbåndbredden og den opnåede ydeevne.

Fordele

Traditionelt er IC'er designet med dedikerede punkt-til-punkt- forbindelser med en ledning dedikeret til hvert signal. Dette resulterer i en tæt netværkstopologi . Især for store designs har dette flere begrænsninger set fra et fysisk designsynspunkt . Det kræver magt kvadratisk i antallet af sammenkoblinger. Ledningerne optager meget af chipets areal , og i nanometer CMOS- teknologi dominerer sammenkoblinger både ydeevne og dynamisk spredning , da signaludbredelse i ledninger på tværs af chippen kræver flere urcyklusser . Dette tillader også mere parasitisk kapacitans , modstand og induktans at tilløbe på kredsløbet. (Se Rent's regel for en diskussion af ledningskrav til punkt-til-punkt-forbindelser).

Sparsity og lokalitet af sammenkoblinger i kommunikation delsystem yield flere forbedringer i forhold til traditionel bus -baseret og overligger -baserede systemer.

Parallelisme og skalerbarhed

Ledningerne i netværks-on-chipens links deles af mange signaler . Et højt niveau af parallelisme opnås, fordi alle datalinks i NoC kan fungere samtidigt på forskellige datapakker . Derfor, som kompleksiteten af integrerede systemer fortsætter med at vokse, tilvejebringer en NOC forbedret ydeevne (såsom throughput ) og skalerbarhed i sammenligning med tidligere kommunikationsarkitekturer (fx dedikerede punkt-til-punkt signal ledninger , delte busser eller segmenterede busser med broer ) . De algoritmer skal være udformet på en sådan måde, at de tilbyder store parallelisme og kan dermed udnytte potentialet i Noc.

Nuværende forskning

Image
WiNoC i 3D-chiplet

Nogle forskere mener, at NoC'er har brug for at støtte kvaliteten af ​​tjenesten (QoS), nemlig at nå de forskellige krav med hensyn til kapacitet , end-to-end-forsinkelser, retfærdighed og deadlines . Realtidsberegning, inklusive lyd- og videoafspilning, er en af ​​grundene til at yde QoS-support. Nuværende systemimplementeringer som VxWorks , RTLinux eller QNX er dog i stand til at opnå sub-millisekund realtids computing uden særlig hardware.

Dette kan indikere, at servicekvaliteten af ​​eksisterende interconnect-infrastruktur på chip til mange realtidsapplikationer er tilstrækkelig, og dedikeret hardwarelogik ville være nødvendigt for at opnå mikrosekundpræcision, en grad der i praksis sjældent er behov for slutbrugere (lyd eller video) jitter behøver kun tiendedele af millisekunder latenstidsgaranti). En anden motivation for servicekvaliteten på NoC-niveau (QoS) er at støtte flere samtidige brugere, der deler ressourcer fra en enkelt chipmultiprocessor i en offentlig cloud computing- infrastruktur. I sådanne tilfælde giver hardware QoS-logik tjenesteudbyderen mulighed for at stille kontraktmæssige garantier på det serviceniveau, som en bruger modtager, en funktion, som nogle erhvervskunder eller offentlige kunder kan betragte som ønskelige.

Der er stadig mange udfordrende forskningsproblemer, der skal løses på alle niveauer, fra det fysiske linkniveau gennem netværksniveau og helt op til systemarkitekturen og applikationssoftwaren. Det første dedikerede forskningssymposium om netværk på chip blev afholdt på Princeton University i maj 2007. Det andet IEEE International Symposium on Networks-on-Chip blev afholdt i april 2008 på Newcastle University .

Der er udført forskning på integrerede optiske bølgeledere og enheder, der omfatter et optisk netværk på en chip (ONoC).

Den mulige måde at øge NoC 's ydeevne på er at bruge trådløse kommunikationskanaler mellem chiplets - navngivet trådløst netværk på chip (WiNoC).

Bivirkninger ved NoC

I et multi-core-system, forbundet med NoC, skal kohærensmeddelelser og cache-missanmodninger passere switches. Følgelig kan switche suppleres med enkle sporings- og videresendelseselementer for at detektere, hvilke cache-blokke der i fremtiden vil blive anmodet om af hvilke kerner. Derefter multicast videresendelseselementerne enhver anmodet blok til alle kernerne, der muligvis anmoder om blokken i fremtiden. Denne mekanisme reducerer cache-missrate.

Benchmarks

NoC udvikling og undersøgelser kræver sammenligning af forskellige forslag og muligheder. NoC-trafikmønstre er under udvikling for at hjælpe sådanne evalueringer. Eksisterende NoC-benchmarks inkluderer NoCBench og MCSL NoC Traffic Patterns.

Interconnect-behandlingsenhed

En interconnect-behandlingsenhed (IPU) er et on-chip kommunikationsnetværk med hardware- og softwarekomponenter , der sammen implementerer nøglefunktioner i forskellige system-on-chip- programmeringsmodeller gennem et sæt kommunikations- og synkroniseringsprimitiver og leverer platformtjenester på lavt niveau for at muliggøre avancerede funktioner i moderne heterogene applikationer på en enkelt matrice .

Se også

Bemærkninger

Referencer

Tilpasset fra Avinoam Kolodny s 's kolonne i ACM SIGDA e-nyhedsbrev med Igor Markov
Den oprindelige tekst kan findes på http://www.sigda.org/newsletter/2006/060415.txt

Yderligere læsning

eksterne links