Сеть на чипе
| Сетевая наука | ||||
|---|---|---|---|---|
| Типы сетей | ||||
| Графики | ||||
| ||||
| ||||
| ||||
| Модели | ||||
| ||||
| ||||
| ||||
Сеть на кристалле или сеть-на-чипе ( NoC / ˌɛnˌoʊˈs iː / en - oh - SEE или / nɒk / kn ) [ nb 1 ] — это сетевая коммуникационная подсистема на интегрированном схема (« микрочип »), чаще всего между модулями в системе на кристалле ( SoC ). Модули на ИС обычно представляют собой полупроводниковые IP-ядра .схемы различных функций компьютерной системы , и разработаны, чтобы быть модульными в смысле науки о сетях . Сеть на кристалле представляет собой сеть с коммутацией пакетов на основе маршрутизатора между модулями SoC .
Технология NoC применяет теорию и методы компьютерных сетей к внутрикристальной связи и обеспечивает заметные улучшения по сравнению с традиционными архитектурами связи по шине и кросс -бару . Сети на кристалле существуют во многих сетевых топологиях , 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 коммуникационных подсистем. Распространенным NoC, используемым в современных персональных компьютерах , является графический процессор (GPU), обычно используемый в компьютерной графике , видеоиграх и ускорении искусственного интеллекта . Это новая технология , и в ближайшем будущем прогнозируется ее значительный рост по мере того, как многоядерные компьютерные архитектуры станут более распространенными.
Структура
Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, дополнив его . ( октябрь 2018 г. ) |
NoC могут охватывать синхронные и асинхронные домены часов, известные как пересечение доменов часов , или использовать асинхронную логику без синхронизации. NoC поддерживают глобально асинхронные и локально синхронные электронные архитектуры, позволяя каждому процессорному ядру или функциональному блоку в системе-на-чипе иметь свой собственный тактовый домен . [1]
Архитектуры
Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, дополнив его . ( октябрь 2018 г. ) |
Архитектуры NoC обычно моделируют разреженные сети малого мира (SWN) и сети без масштабирования (SFN), чтобы ограничить количество, длину, площадь и энергопотребление соединительных проводов и соединений « точка-точка» .
Топология
Топология — это первый фундаментальный аспект проектирования NoC, который сильно влияет на общую стоимость и производительность сети. Топология определяет физическое расположение и соединения между узлами и каналами. Кроме того, от топологии зависит прохождение сообщения и длина канала каждого перехода. Таким образом, топология существенно влияет на задержку и энергопотребление. Кроме того, поскольку топология определяет количество альтернативных путей между узлами, она влияет на распределение сетевого трафика и, следовательно, на пропускную способность и производительность сети.
Преимущества
Традиционно ИС разрабатывались с выделенными соединениями « точка-точка », с одним проводом, выделенным для каждого сигнала. Это приводит к плотной топологии сети . В частности, для больших конструкций это имеет несколько ограничений с точки зрения физического проектирования . Для этого требуется мощность , квадратичная по количеству взаимосвязей. Провода занимают большую часть площади чипа , а в нанометровой КМОП - технологии межсоединения преобладают как в производительности, так и в динамическом рассеивании мощности , поскольку для распространения сигнала по проводам через чип требуется несколько тактовых циклов . Это также позволяет увеличить паразитную емкость., сопротивление и индуктивность накапливаются в цепи. (См . правило Rent's для обсуждения требований к проводке для двухточечных соединений).
Разреженность и локальность взаимосвязей в подсистеме связи обеспечивают несколько улучшений по сравнению с традиционными системами на основе шин и кроссов .
Параллелизм и масштабируемость
Провода в звеньях сети-на-чипе используются многими сигналами . Достигается высокий уровень параллелизма , поскольку все каналы передачи данных в NoC могут одновременно работать с разными пакетами данных . [ почему? ] Поэтому, поскольку сложность интегрированных систем продолжает расти, NoC обеспечивает повышенную производительность (например, пропускную способность ) и масштабируемость по сравнению с предыдущими коммуникационными архитектурами (например, выделенные двухточечные сигнальные провода , общие шины или сегментированные шины с мостами). ). Эти алгоритмы[ что? ] должны быть разработаны таким образом, чтобы они обеспечивали большой параллелизм и, следовательно, могли использовать потенциал NoC.
Текущее исследование
Некоторые исследователи [ кто? ] считают, что NoC должны поддерживать качество обслуживания (QoS), а именно выполнять различные требования с точки зрения пропускной способности , сквозных задержек, справедливости [ 2] и сроков . [ Править ] Вычисления в реальном времени, включая воспроизведение аудио и видео, являются одной из причин обеспечения поддержки QoS. Однако современные реализации систем, такие как VxWorks , RTLinux или QNX , способны выполнять вычисления в режиме реального времени менее миллисекунды без специального оборудования. [ нужна ссылка ]
Это может указывать на то, что для многих приложений реального времени качество обслуживания существующей встроенной инфраструктуры межсоединений является достаточным, и для достижения микросекундной точности потребуется специальная аппаратная логика , степень, которая редко требуется на практике конечным пользователям (звук или видео). джиттеру нужны только десятые доли миллисекунд гарантии задержки). Еще одним мотивом для качества обслуживания (QoS) уровня NoC является поддержка нескольких одновременных пользователей, совместно использующих ресурсы одного многопроцессорного процессора в общедоступной облачной вычислительной инфраструктуре. В таких случаях аппаратная логика QoS позволяет поставщику услуг предоставлять договорные гарантии.на уровне обслуживания, которое получает пользователь, функция, которая может быть сочтена желательной некоторыми корпоративными или государственными клиентами. [ нужна ссылка ]
Многие сложные исследовательские проблемы еще предстоит решить на всех уровнях, от уровня физической связи до уровня сети 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. [3] Второй международный симпозиум IEEE по сетям на кристалле был проведен в апреле 2008 года в Университете Ньюкасла .
Были проведены исследования интегрированных оптических волноводов и устройств, включающих оптическую сеть на кристалле (ONoC). [4] [5]
Возможным способом повышения производительности NoC является использование беспроводных каналов связи между чиплетами — так называемая беспроводная сеть на чипе (WiNoC). [6]
Побочные преимущества NoC
В многоядерной системе, соединенной NoC, сообщения о когерентности и запросы на промах кэша должны проходить коммутаторы. Соответственно, коммутаторы могут быть дополнены простыми элементами отслеживания и пересылки для определения того, какие блоки кэша будут запрашиваться в будущем и какими ядрами. Затем элементы пересылки выполняют многоадресную рассылку любого запрошенного блока всем ядрам, которые могут запросить блок в будущем. Этот механизм снижает частоту промахов кэша. [7]
Ориентиры
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 NoCBench и MCSL NoC Traffic Patterns. [8]
Блок обработки межсоединений
Блок обработки межсоединений (IPU) [9] представляет собой внутрикристальную коммуникационную сеть с аппаратными и программными компонентами, которые совместно реализуют ключевые функции различных моделей программирования систем-на-кристалле через набор примитивов связи и синхронизации и обеспечивают низкоуровневую платформу . сервисы для включения расширенных функций [ какие? ] в современных разнородных приложениях [ необходимо определение ] на одном кристалле .
Смотрите также
- Автоматизация электронного проектирования (EDA)
- Интегральная схема
- CUDA
- Глобально асинхронный, локально синхронный
- Сетевая архитектура
Примечания
- ^ В этой статье используется соглашение о том, что «NoC» произносится / n ɒ k / nock . Поэтому в нем используется условное обозначение «а» для неопределенного артикля , соответствующего NoC (« a NoC»). В других источниках это может произноситься как / ˌ ɛ n ˌ oʊ ˈ s iː / en-oh- SEE и, следовательно, использовать « an NoC».
использованная литература
- ^ 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 9781466565272. OCLC 895661009 .
- ^ «Балансировка задержки сети на кристалле при сопоставлении нескольких приложений для многопроцессорных процессоров» . ИПДПС . май 2014 г.
- ^ Веб-сайт NoCS 2007 .
- ^ Библиография встроенных сетей
- ^ Библиография оптической сети Inter / Intra-Chip-
- ^ 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]
- ^ "Трафик NoC" . www.ece.ust.hk. _ 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 в информационном бюллетене ACM SIGDA Игоря Маркова . Исходный текст можно найти по адресу http://www.sigda.org/newsletter/2006/060415.txt .
дальнейшее чтение
- Кунду, Сантану; Чаттопадхьяй, Сантану (2014). Сеть на кристалле: следующее поколение интеграции системы на кристалле (1-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 9781466565272. OCLC 895661009 .
- Шэн Ма, Либо Хуанг, Мингче Лай, Вэй Ши, Чжиин Ван (2014). Сети на кристалле: от реализации к парадигме программирования (1-е изд.). Амстердам, Нидерланды: Морган Кауфманн. ISBN 9780128011782. OCLC 894609116 .
{{cite book}}: CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка ) - Гиоргиос Димитракопулос, Анастасиос Псаррас, Иоаннис Сейтанидис (27 августа 2014 г.). Микроархитектура маршрутизаторов «сеть-на-чипе»: взгляд дизайнера (1-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. ISBN 9781461443018. OCLC 890132032 .
{{cite book}}: CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка ) - Натали Энрайт Джергер, Тушар Кришна, Ли-Шиуан Пех (19 июня 2017 г.). Встроенные сети (2-е изд.). Сан-Рафаэль, Калифорния. ISBN 9781627059961. OCLC 991871622 .
{{cite book}}: CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка ) - Марзи Ленджани, Махмуд Реза Хашеми (2014). «Древовидная схема для снижения частоты промахов общего кэша с использованием региональных, статистических и временных сходств» . ИЭПП Компьютеры и цифровая техника . 8 : 30–48. doi : 10.1049/iet-cdt.2011.0066 .
{{cite journal}}: CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
внешняя ссылка
- ДАТА 2006 семинар по NoC
- NoCS 2007 - 1-й международный симпозиум ACM/IEEE по сетям-на-чипе
- NoCS 2008 - 2-й международный симпозиум IEEE по сетям на кристалле
- Жан-Жак Леклер, Жиль Байе, Автоматизация проектирования для встраиваемых систем (Springer), «Исследование и уточнение 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
- Сеть на чипе
- Автоматизация электронного проектирования
- Интегральные схемы
- Система на чипе
- Аппаратное ускорение
- Теория сети
- Компьютерная сеть
- Параллельные вычисления
- Цепи связи
- Модульность
