Сеть на чипе

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 на подсистема связи интегральной схеме (« микрочипе »), 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 цитата ]}

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 [ править ]

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 [ править ]

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 [ править ]

Топология определяет физическое расположение и соединения между узлами и каналами. Сообщение пересекает транзитные участки, и длина канала каждого транзитного участка 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 [ править ]

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 . Это также позволяет больше паразитной емкости , сопротивления и индуктивности 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 базе шин и перекрестных шин .

Параллелизм и масштабируемость [ править ]

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.

Текущее исследование [ править ]

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 цитата ]}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 цитата ]}

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 качества обслуживания является поддержка нескольких одновременных 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 цитата ]}

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 [ править ]

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 групповую рассылку любого запрошенного блока всем ядрам, которые могут запросить этот блок в будущем. Этот механизм снижает частоту промахов кэша. ^[11]

Тесты [ править ]

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]

Блок обработки межсоединений [ править ]

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 [ править ]

Примечания [ править ]

^ 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 [ править ]

^ Герье, П.; Грейнер, А. (2000). «Общая архитектура для внутрикристальных соединений с коммутацией пакетов» . Материалы 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.
^ 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 .
^ «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 Авиноама Колодного колонки ACM SIGDA в электронном бюллетене Игоря Маркова.
Оригинальный текст можно найти по адресу http://www.sigda.org/newsletter/2006/060415.txt.

Дальнейшее чтение [ править ]

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 .

Внешние ссылки [ править ]

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

[1] 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 ».

[2] Герье, П.; Грейнер, А. (2000). «Общая архитектура для внутрикристальных соединений с коммутацией пакетов» . Материалы 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.

[3] 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 )

[4] 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.

[:02-5] 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 .

[6] Сотрудники, EDN (26 июля 2023 г.). «Объяснение топологии межсоединений сети на кристалле (NoC)» . ЭДН . Проверено 17 ноября 2023 г.

[7] «Балансировка задержки внутричиповой сети при сопоставлении нескольких приложений для многопроцессорных процессоров». ИППДС . Май 2014.

[8] NoCS 2007. Архивировано 1 сентября 2008 г. на веб-сайте Wayback Machine .

[9] Библиография встроенных сетей

[ONoC-10] «Библиография меж/внутричиповых оптических сетей» . Архивировано из оригинала 23 сентября 2015 г. Проверено 2 июля 2015 г.

[11] 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.

[Tree-based_scheme_for_reducing_shared_cache_miss_rate_leveraging_regional,_statistical_and_temporal_similarities-12] 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 .

[MCSL_NoC_Traffic_Patterns-13] «Нет-трафик» . www.ece.ust.hk. Архивировано из оригинала 25 декабря 2017 г. Проверено 8 октября 2018 г.

[14] 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

[номер 1]

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

v т Это Система на кристалле (SoC)
Components	Microprocessor cores controllers Graphics processing unit (GPU) Image processor Media processor AI accelerator ASIC
Types	Network on a chip (NoC) Multiprocessor SoC (MPSoC) Programmable SoC (PSoC) Microcontroller (MCU)
Alternatives	Multi-chip module (MCM) System in a package (SiP) Package on a package (PoP)
Related	Processor chronology design CPLD Digital signal processor (DSP) Embedded systems FPGA List of SoC suppliers Mobile computing Unified memory

v т Это Аппаратное ускорение
Theory	Universal Turing machine Parallel computing Distributed computing
Applications	GPU GPGPU DirectX Audio Digital signal processing Hardware random number generation Artificial intelligence Cryptography TLS Machine vision Custom hardware attack scrypt Networking Data
Implementations	High-level synthesis C to HDL FPGA ASIC CPLD System on a chip Network on a chip
Architectures	Dataflow Transport triggered Multicore Manycore Heterogeneous In-memory computing Systolic array Neuromorphic
Related	Programmable logic Processor design chronology Digital electronics Virtualization Hardware emulation Logic synthesis Embedded systems