Сеть на чипе
| Часть серии о | ||||
| Сетевая наука | ||||
|---|---|---|---|---|
| Типы сетей | ||||
| Графики | ||||
| ||||
| Модели | ||||
| ||||
| ||||
Сеть на кристалле или сеть-на-кристалле ( NoC / ˌ ɛ n ˌ oʊ ˈ s iː / en-oh- SEE или / n ɒ k / nk ) [номер 1] — это сетевая подсистема связи на интегральной схеме (« микрочип »), чаще всего между модулями в системе на кристалле ( SoC ). Модули микросхемы обычно представляют собой полупроводниковые IP-ядра, схематизирующие различные функции компьютерной системы , и спроектированы как модульные с точки зрения сетевой науки . Сеть на кристалле представляет собой маршрутизатора SoC на базе сеть коммутации пакетов между модулями .
Технология NoC применяет теорию и методы компьютерных сетей к внутрикристальной связи и обеспечивает заметные улучшения по сравнению с традиционными шинными и перекрестными архитектурами связи . Сети на кристалле существуют во многих сетевых топологиях , многие из которых по состоянию на 2018 год все еще находятся в стадии эксперимента. [ нужна ссылка ]
В 2000-х годах исследователи начали предлагать тип внутрикристального соединения в виде с коммутацией пакетов . сетей [1] для решения проблем масштабируемости проектирования на основе шины . Предыдущие исследования предложили конструкцию, которая маршрутизирует пакеты данных вместо маршрутизации проводов. [2] Затем в 2002 году была предложена концепция «сети на чипах». [3] NoCs улучшают масштабируемость систем на кристалле и энергоэффективность сложных SoC по сравнению с другими конструкциями подсистем связи. Это новая технология , и прогнозируется ее значительный рост в ближайшем будущем, поскольку многоядерные компьютерные архитектуры становятся все более распространенными.
Структура
[ редактировать ]![[икона]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1c/Wiki_letter_w_cropped.svg/20px-Wiki_letter_w_cropped.svg.png){kind=small} | Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( октябрь 2018 г. ) |
NoC могут охватывать синхронные и асинхронные домены часов, известные как пересечение доменов часов , или использовать несинхронизированную асинхронную логику. NoC поддерживают глобально асинхронную и локально синхронную архитектуру электроники, позволяя каждому процессорному ядру или функциональному блоку системы-на-кристалле иметь собственную тактовую область . [4]
Архитектуры
[ редактировать ] | Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( октябрь 2018 г. ) |
Архитектуры NoC обычно моделируют разреженные сети малого мира (SWN) и безмасштабные сети (SFN), чтобы ограничить количество, длину, площадь и энергопотребление соединительных проводов и соединений «точка-точка» .
Топология
[ редактировать ]Топология определяет физическое расположение и соединения между узлами и каналами. Сообщение пересекает переходы, и длина канала каждого перехода зависит от топологии. Топология существенно влияет как на задержку , так и на энергопотребление. Более 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
[ редактировать ]Традиционно микросхемы проектировались с выделенными двухточечными соединениями, при этом для каждого сигнала выделялся один провод. Это приводит к плотной топологии сети . В частности, для больших проектов это имеет несколько ограничений с точки зрения физического проектирования . Для этого требуется мощность , квадратичная по числу межсоединений. Провода занимают большую часть площади чипа , а в нанометровой КМОП- технологии межсоединения доминируют как по производительности, так и по динамическому рассеиванию мощности , поскольку распространение сигнала по проводам через чип требует нескольких тактовых циклов . больше паразитной емкости , сопротивления и индуктивности Это также позволяет накапливать в цепи . (См. правило Рента для обсуждения требований к проводке для соединений «точка-точка»).
Разреженность и локальность межсоединений в подсистеме связи дают некоторые улучшения по сравнению с традиционными системами на основе шин и перекрестных шин .
Параллелизм и масштабируемость
[ редактировать ]Провода в каналах сети на кристалле используются многими сигналами . высокий уровень параллелизма Достигается , поскольку все каналы передачи данных в NoC могут работать одновременно с разными пакетами данных . [ почему? ] Таким образом, поскольку сложность интегрированных систем продолжает расти, NoC обеспечивает повышенную производительность (например, пропускную способность ) и масштабируемость «точка-точка» по сравнению с предыдущими архитектурами связи (например, выделенными сигнальными проводами , общими шинами или сегментированными шинами с мостами ). . Алгоритмы [ который? ] должны быть спроектированы таким образом, чтобы они обеспечивали высокий параллелизм и, следовательно, могли использовать потенциал NoC.
Текущие исследования
[ редактировать ]
Некоторые исследователи [ ВОЗ? ] считают, что NoC должны поддерживать качество обслуживания (QoS), а именно достигать различных требований с точки зрения пропускной способности , сквозных задержек, справедливости , [6] и сроки . [ нужна ссылка ] Вычисления в реальном времени, включая воспроизведение аудио и видео, являются одной из причин обеспечения поддержки QoS. Однако текущие реализации систем, такие как VxWorks , RTLinux или QNX, способны выполнять вычисления в реальном времени за доли миллисекунды без специального оборудования. [ нужна ссылка ]
Это может указывать на то, что для многих приложений реального времени качество обслуживания существующей инфраструктуры межсоединений на кристалле является достаточным, и специальная аппаратная логика для достижения микросекундной точности потребуется , степень, которая редко требуется на практике конечным пользователям (звук или видео). джиттеру нужна гарантия задержки всего лишь в десятых миллисекундах). (QoS) на уровне NoC Еще одной мотивацией для обеспечения качества обслуживания является поддержка нескольких одновременно работающих пользователей, совместно использующих ресурсы одного мультипроцессора в общедоступной облачной инфраструктуре. В таких случаях аппаратная логика QoS позволяет поставщику услуг предоставлять договорные гарантии уровня обслуживания, которое получает пользователь, - функция, которая может быть сочтена желательной для некоторых корпоративных или государственных клиентов. [ нужна ссылка ]
Многие сложные исследовательские проблемы еще предстоит решить на всех уровнях, от уровня физического канала через сетевой уровень и вплоть до системной архитектуры и прикладного программного обеспечения. Первый специализированный исследовательский симпозиум по сетям на кристалле был проведен в Принстонском университете в мае 2007 года. [7] Второй международный симпозиум IEEE по сетям на кристалле состоялся в апреле 2008 года в Университете Ньюкасла .
Были проведены исследования интегрированных оптических волноводов и устройств, составляющих оптическую сеть на кристалле (ONoC). [8] [9]
Возможным способом повышения производительности NoC является использование каналов беспроводной связи между чиплетами — так называемая беспроводная сеть на кристалле (WiNoC). [10]
Дополнительные преимущества
[ редактировать ]В многоядерной системе, подключенной через NoC, сообщения о согласованности и запросы на промах в кэше должны проходить через переключатели. Соответственно, коммутаторы могут быть дополнены простыми элементами отслеживания и пересылки, чтобы определить, какие блоки кэша какими ядрами будут запрашиваться в будущем. Затем элементы пересылки осуществляют многоадресную рассылку любого запрошенного блока всем ядрам, которые могут запросить этот блок в будущем. Этот механизм снижает частоту промахов кэша. [11]
Тесты
[ редактировать ]Разработка и исследования NoC требуют сравнения различных предложений и вариантов. Для облегчения таких оценок модели трафика NoC находятся в стадии разработки. Существующие тесты NoC включают NoCBench и MCSL NoC Traffic Patterns. [12]
Межсоединительный процессорный блок
[ редактировать ]Блок обработки межсоединений (IPU) [13] представляет собой внутрикристальную сеть связи с аппаратными и программными компонентами, которые совместно реализуют ключевые функции различных моделей программирования «система-на-кристалле» посредством набора примитивов связи и синхронизации и предоставляют низкоуровневые платформенные сервисы для реализации расширенных функций. [ который? ] в современных гетерогенных приложениях [ необходимо определение ] на одном кубике .
См. также
[ редактировать ]- Артерис
- Автоматизация электронного проектирования (EDA)
- Разработка интегральных схем
- ДРУГОЙ
- Глобально асинхронный, локально синхронный
- Сетевая архитектура
Примечания
[ редактировать ]- ^ В этой статье используется соглашение, согласно которому «NoC» произносится / n ɒ k / nock . Поэтому здесь используется условное обозначение «а» для неопределенного артикля, соответствующего NoC (« NoC »). В других источниках это слово может произноситься как / ˌ ɛ n ˌ oʊ ˈ s iː / en-oh- SEE и поэтому использовать « noC ».
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Герье, П.; Грейнер, А. (2000). «Общая архитектура для внутрикристальных соединений с коммутацией пакетов» . Протоколы конференции и выставки «Проектирование, автоматизация и испытания в Европе» 2000 г. (Кат. № PR00537) . Париж, Франция: IEEE Comput. Соц. стр. 250–256. дои : 10.1109/ДАТА.2000.840047 . ISBN 978-0-7695-0537-4 . Архивировано из оригинала 22 октября 2022 г. Проверено 23 ноября 2022 г.
- ^ Материалы конференции по автоматизации проектирования 2001 г.: 38-я конференция DAC: Конференц-центр Лас-Вегаса, Лас-Вегас, Невада, 18–22 июня 2001 г. Ассоциация вычислительной техники, Специальная группа ACM по автоматизации проектирования. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Ассоциация вычислительной техники. 2001. ISBN 1-58113-297-2 . OCLC 326240184 .
{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка ) - ^ Бенини, Л.; Де Микели, Г. (январь 2002 г.). «Сети на чипах: новая парадигма SoC» . Компьютер . 35 (1): 70–78. дои : 10.1109/2.976921 . Архивировано из оригинала 22 октября 2022 г. Проверено 23 ноября 2022 г.
- ^ Кунду, Сантану; Чаттопадхьяй, Сантану (2014). Сеть на кристалле: следующее поколение интеграции системы на кристалле (1-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. п. 3. ISBN 978-1-4665-6527-2 . OCLC 895661009 .
- ^ Сотрудники, EDN (26 июля 2023 г.). «Объяснение топологии межсоединений сети на кристалле (NoC)» . ЭДН . Проверено 17 ноября 2023 г.
- ^ «Балансировка задержки внутричиповой сети при сопоставлении нескольких приложений для многопроцессорных процессоров». ИППДС . Май 2014.
- ^ NoCS 2007. Архивировано 1 сентября 2008 г. на веб-сайте Wayback Machine .
- ^ Библиография встроенных сетей
- ^ «Библиография меж/внутричиповых оптических сетей» . Архивировано из оригинала 23 сентября 2015 г. Проверено 2 июля 2015 г.
- ^ 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. - С. 140–142. [1] Архивировано 17 июля 2019 г. на Wayback Machine.
- ^ «Нет-трафик» . www.ece.ust.hk. Архивировано из оригинала 25 декабря 2017 г. Проверено 8 октября 2018 г.
- ^ Марчелло Коппола, Милтос Д. Грамматикакис, Риккардо Локателли, Джузеппе Маручча, Лоренцо Пьералиси, «Проектирование экономичных блоков обработки межсоединений: Spidergon STNoC», CRC Press, 2008, ISBN 978-1-4200-4471-3
Адаптировано из колонки Авиноама Колодного ACM SIGDA в электронном бюллетене Игоря Маркова.
Оригинальный текст можно найти по адресу http://www.sigda.org/newsletter/2006/060415.txt.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Кунду, Сантану; Чаттопадхьяй, Сантану (2014). Сеть на кристалле: следующее поколение интеграции системы на кристалле (1-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 978-1-4665-6527-2 . OCLC 895661009 .
- Шэн Ма; Либо Хуан; Мингче Лай; Вэй Ши; Чжиин Ван (2014). Сети на кристалле: от реализаций к парадигмам программирования (1-е изд.). Амстердам, Нидерланды: Морган Кауфманн. ISBN 978-0-12-801178-2 . OCLC 894609116 .
- Георгиос Димитракопулос; Анастасиос Псаррас; Иоаннис Сеитанидис (27 августа 2014 г.). Микроархитектура сетевых маршрутизаторов: взгляд дизайнера (1-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. ISBN 978-1-4614-4301-8 . ОСЛК 890132032 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - Натали Энрайт Джергер; Тушар Кришна; Ли-Шиуань Пэ (19 июня 2017 г.). Внутрикристальные сети (2-е изд.). Сан-Рафаэль, Калифорния. ISBN 978-1-62705-996-1 . OCLC 991871622 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - Марзи Ленжани; Махмуд Реза Хашеми (2014). «Древовидная схема для снижения частоты промахов в общем кэше с использованием региональных, статистических и временных сходств» . IET Компьютеры и цифровая техника . 8 : 30–48. doi : 10.1049/iet-cdt.2011.0066 . Архивировано из оригинала 9 декабря 2018 года.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- ДАТА Семинар по NoC, 2006 г.
- NoCS 2007 — 1-й международный симпозиум ACM/IEEE по сетям на кристалле.
- NoCS 2008 — 2-й международный симпозиум IEEE по сетям на кристалле.
- Жан-Жак Леклер, Жиль Байе, Автоматизация проектирования встраиваемых систем (Springer), «Исследование и усовершенствование архитектуры сети на кристалле, управляемой приложениями, для сложной SoC», июнь 2011 г., том 15, выпуск 2, стр. 133–158, doi :10.1007/s10617-011-9075-5 [Онлайн] http://www.arteris.com/hs-fs/hub/48858/file-14363521-pdf/docs/springer-appdrivennocarchitecture8.5x11.pdf