NoC

NoC

(Artikeln är påbörjad 7:e februari 2003 av Urban "UBBE" Ingelsson.)

Ämnet presenteras här enligt skribentens förståelse av artikeln "A Network on Chip Architecture and Design Methodology" tills NoC-konceptet blivit bättre definierat.

NoC står för "nätverk på chip" (Network on Chip) eller nätverk på kisel. Termen är egentligen NoC-koncept eller NoC-arkitektur. NoC-konceptet är ett förslag till en designmetodik för framtida komplexa SoCs.

Inom 5 till 15 år kommer applikationer inom flera områden (medicinsk teknik, multimedia, kommunikationsutrustning och mobila enheter) att kräva hög bandbredd och beräkningskapacitet. Samtidigt kommer integrationen av transistorer då nått så långt (enligt Moores lag) att det blir möjligt att integrera flera synkrona områden i klass med dagens SoCs på ett och samma kiselchip (jfr VLSI).

Då blir det möjligt att svara mot kravet på bandbredd genom att koppla samman de olika synkrona områden med ett nätverk för datapaket.

Kravet på beräkningskapacitet kan besvaras genom parallella beräkningsenheter (jfr Parallelldator) och/eller med förhöjd klockfrekvens. Höjd klockfrekvens leder till att synkrona områden måste avgränsas till ytan. Det beror på att fördröjningar i signalledningar ger en viss maximal klockfrekvens. (En signal måste gå från en vippa, genom eventuell kombinatorik och till nästa vippa samt vara stabil innan nästa klockflank kommer.)Detta är ytterligare två skäl till att dela in chipytan i flera synkrona områden. Synkrona områden blir helt enkelt mindre och nätverksförbundna parallelldatorer ökar beräkningskapaciteten.

Ett synkront område kan alltså vara innehålla en eller flera processorer, minnesceller, FPGA-celler och makro-celler (Full custum macros.)

Ett förslag till chip-struktur är ett tvådimensionellt rutmönster (2-D mesh).Då har varje synkront område (från och med nu kallat resurscell) en switch. Resurscellen har ett gränssnitt mot nätverket som den kommunicerar igenom. Varje switch har också kontakt med fyra andra switchar ( - grannarna i lodrät och vågrät riktning om man så vill). Nätverksbussarna är delade i två riktningar. Det kan alltså komma trafik från båda hållen samtidigt.Ett annat föreslag innebär en bikupe-struktur. Varje switch har 6 resursceller och 3 andra switchar.

Fördelar med nätverk:

• De kan överföra flera signaler samtidigt. Med en vanlig buss kan bara två enheter åt gången kommunicera.
• Ett homogent nätverk med noga planerade ledningsdragningar, hjälper mot negativa elektromagnetiska effekter som medhörning och strökapaciteter.

Nackdelar med nätverk:

• Datapaket kan gå förlorade. Inte ens med stora buffrar i switcharna kan man garantera att inga paket tappas.
• Datapaket blir fördröjda i nätverkets switchar som av nödvändighet (se förra nackdelen) innehåller buffrar.

Smarta routinglösningar eller virtuella kanaler kan minska de ovan nämnda problemen.

Själva designmetodiken går till som så:(1) Definiera ett NoC-mönster. Det specifierar storleken på resurscellerna, antalet resursceller och nätverkets egenskaper. Endast få NoC-mönster kommer att behövas. Troligtvis blir det ett mönster för varje användningsområde och en sådan mönsteruppsättning för varje VLSI-teknik. I de senare utvecklingsstegen kan NoC-mönster återanvändas som de passar.

(2) Fyll resurscellerna med den nödvändiga hårdvaran, med hjälp av ett bibliotek av IP-block (Intellektual Properties). Ett IP-block kan vara en DSP, en minnesarkitektur, en FPGA-cell eller en makrocell. Dessa är då färdigdefinierade för att passa i en resurscell. Detta bibliotek tillåter återanvändning av komponenter som utvecklats för andra applikationer. Det tillåter också högre abstraktion än idag. Med dessa IP-block blir det möjligt att se ännu mer komplicerade och omfattande delsystem som primitiva enheter.Resultatet kallas för en konkret arkitektur för till skillnad från NoC-mönstret utgör den en färdig hårdvaruplattform. Denna konkreta arkitektur kan i sin tur återanvändas till flera olika produkter.

(3) Skriv, anpassa och installera programvaran på den hårdvara som definierades i steg två. Konfigurera även FGPA-cellerna. Detta programvarulager bildar tillsammans med den konkreta arkitekturen en systemplattform. Med olika programvaror kan man göra olika applikationer. Det är en fördel när man ska täcka in så många marknadsandelar som möjligt. Man kan med en enkel programvara göra en enkel produkt för den snålare marknaden och med en mer avancerad programvara göra en slags lyxversion för de som vill betala för mer finesser. Eftersom samma chip utnyttjas till de olika versionerna får man också stora serier och kan pressa styckpriserna.

Högre abstraktion och återanvändbarhet reducerar antalet fel i designen och ger kortare utvecklingstid. Färre designcykler blir det också, eftersom de elektromagnetiska effekterna hos ett homogent nätverk blir lättare att förutsäga än de effekter man får med globala ledningar.

Referenser:[1] A Network on Chip Architecture and Design Methodology, S. Kumar, A. Jantsch, Juha-Pekka Soininen, Martti Forsell, Mikael Millberg, Johny Öberg, Kari Tiensyrjä och Ahmed HemaniLaboratory of Elecronics and Computer Systems, Department of Microelectronics and Information Technology, Royal Institute of Technology, Stockholm, VTT Electronics, Oulu, Spirea AB, Kista Science Park

[2] Computer Networks, 3rd edition,Andrew S. Tanenbaum

[3] Route Packets, Not Wires: On-Chip Interconnection NetworksWilliam J. Dally und Brian TowlesComputer Systems Laboratory, Stanford University[4] Addressing the System-on-a-Chip Interconnect Woes Through Communication-Based Design,M. Sgroi, M. Sheets, A.Mihal, K. Keutzer, S. Malik, J. Rabaey, A. Sangiovanni-Vincentelli,University of California at Berkeley, Princeton University[5] Networks on Chip,Axel JantschLaboratory for Electronics and Computer Systems, Royal Institute of Technology, Stockholm

[6] NOC Architecture,Presentation,Axel Jantsch, Royal Institute of Technology, Stockholm

[7] Physical Issues in NOCs,PresentationLi-Rong Zheng und Hannu Tenhunen,Laboratory of Electronic and Computer Systems, Royal Institute of Technology, Stockholm

Relevanta länkar:

Redigera?

Artikeln skriven 2009-01-17 av Learning4sharing

Inga kategorier för denna artikel än...

Intresserad av fler artiklar?

Fatah
Rågsikt
Kornmjöl
8086
Nordmarianerna
Container
18 april
Ångpanneföreningen
Odovakar