Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti MI-SOC: 8 SÍTĚ NAČIPU (NOC) doc. Ing. Hana Kubátová, CSc. Katedra číslicového návrhu Fakulta informačních technologii ČVUT v Praze Hana Kubátová MI-SOC 2011/12 1
ÚVOD Komunikace více IP core v rámci SoC Využití synchronních i asynchronních hodinových domén nebo asynchronní logiky Využití teorie sítí pro komunikaci na čipu Vylepšení škálovatelnosti SoC Vylepšení spotřeby (low-power) Výzkum i oprtických sítí na čipu (ONoC) Zdroje: http://en.wikipedia.org/wiki/network_on_chip Konference NoC, ASYNC: http://2007.nocsymposium.org/ http://async.org.uk/nocs2008/ 2
EMERGING PARADIGM Sgroi et al. call "the layered-stack approach to the design of the on-chip intercore communications the Network-on-Chip (NOC) methodology. Komunikace mezi paměťmi, procesory, specializovanými IP bloky výměna dat jako v telekomunikační síti systémem multiple point-topoint data links, využívající routery, crossbar switche, prakticky jakoukoli síťovou topologii, ale na čipu!!! Výzkum se soustřeďuje na "application-specific NoC topology synthesis" 3
PARALELISMUS A ŠKÁLOVATELNOST Vodiče jsou sdíleny mnoha signály Je dosažen vysoký stupeň paralelismu všechny linky mohou pracovat najednou (simultánně) a s různými datovými pakety Výsledkem je vysoký výkon, propustnost a škálovatelnost ve srovnání s klasickými sběrnicovými systémy Algoritmy musí být přizpůsobeny cílové platformě 4
VÝHODY VYUŽITÍ NOC Klasické IC navrženy s tím, že každy vodič byl určen pro konkrétní (jeden) signál point-to-point Problém s fyzickým návrhem IC (rozmístěním a propojením), Rentovo pravidlo NoC oddělují výpočet od komunikace Zavádějí standardizaci rozhraní Poskytují modularitu a využití IP corů Umožňují systémové testy Tedy zvyšují inženýrskou produktivitu 5
VYUŽITÍ A VÝZKUM Výhodná platforma pro síťové experimenty Routovací algoritmy Multiprocesorové struktury Real-time struktury (audio video) QoS quality of services První konference specielně o NoC: http://2007.nocsymposium.org/ http://async.org.uk/nocs2008/ 6
PŘÍKLADY SoCWire has been developed by IDA, Technical University Braunschweig. It is a Network-on-Chip (NoC) approach based on the ESA SpaceWire interface standard to support dynamic reconfigurable System-on-Chip (SoC). SoCWire has been developed to provide a robust communication architecture for the harsh space environment and to support dynamic partial reconfiguration in future space applications. SoCWire provides: Reconfigurable point-to-point communication High speed data rate Hot-plug ability to support dynamic reconfigurable modules Link error detection and recovery in hardware Easy implementation in dynamic partial reconfigurable systems. Scalable data word width (8-8192) Configurable Switch with 2 to 32 ports 7
SOCWIRE NETWORK-ON-CHIP (NOC) HTTP://OPENCORES.ORG/PROJECT,SOCWIRE 8
FAULT-TOLERANCE OF NETWORK-ON-CHIP Hana Kubátová MI-SOC 2011/12 9
http://faculty.cs.tamu.edu/ejkim/hpc_web/research.html Hana Kubátová MI-SOC 2011/12 10
EXPERIMENTY, BENCHMARKY http://www.ee.ust.hk/~eexu/index_files/benchmark. htm 11
JAK NOC NAVRHNOUT??? Zdroj: http://www.ee.ust.hk/~eexu/publications/j_tecs2006.pdf Komunikační analýza určení komunikačních šablon mezi uzly zahrnujících: typ komunikace, frekvenci, časování, velikost informace Návrh architektury podle požadavků na komunikaci rekurzivní metoda, která generuje hierarchický ASNoC: distribuovaná sdílená paměť, komponenety ze standardizované knihovny (síťový interface, přepínače, propojení ) Odhad a návrh rozmístění a propojení na čipu (floorplaning) analýza a redukce délky propojení, analýza výkonu, příkonu plochy návrhu NoC. (pouze odhad placement a routing pro každý uzel zde ještě není zahrnut.) 12
Performance analysis využití průmyslových modelovacích a simulačních nástrojů např. OPNET [OPNET]. Konstrukce modely ASNoC s ohledem na cykly (knihovny komponent). Simulace (statictické průběhy nebo nahrané vzory). Cílem je porovnání různé možnosti návrhu pro vylepšení návrhu NoC designs. Když žádný model nesplní požadavky nebo jen těsně, návrat k předchozím bodům. Analýza příkonu a plochy knihovna komponent udává příkon pro každou aktivitu síťové komponenty 13
Hana Kubátová MI-SOC 2011/12 DESIGN FLOW PRO APPLICATION SPECIFIC NOC 14