Integrated Operations and the X2X concept

As propostas de NoCs que assumem topologia regular, aqui revisadas, primam pela defini- ção de infraestruturas genéricas. Isto é justificável, visto que são propostas pioneiras em projetos de NoCs. A partir do momento em que NoCs foram aceitas como necessárias para projetos de sis- temas multiprocessados futuros, a busca por garantias de desempenho na comunicação começa- ram a ser melhor exploradas. Sob este aspecto, as pesquisa em torno da NoC Hermes têm buscado fortalecer o uso de topologias regulares e garantira qualidade de serviços prestados pela rede.

2.1.2 NOCS DE TOPOLOGIA IRREGULAR

O desenvolvimento de (MP)SoCs e de aplicações específicas exige que sejam atendidos re- quisitos de projeto tal como redução de área e de dissipação de potência. No que se refere à infra- estrutura de comunicação, tais requisitos podem ser mais facilmente atendidos em sistemas de

pequeno e médio porte quando se emprega topologias irregulares. Os trabalhos aqui revisados a- presentam abordagens que buscam atender diferentes requisitos na implementação de infraestru- turas de comunicação em chip de topologia irregular de forma genérica, sem previsão de aplicação específica ou composição de elementos da plataforma.

Dumitras et al. [DUM04] exploram uma infraestrutura de comunicação híbrida, composta

de diferentes infraestruturas de comunicação e tecnologias de fabricação, disponibilizando ilhas de voltagem e frequência. Esta abordagem tem por objetivo prover alto desempenho, tolerância à falhas e flexibilidade no projeto de SoCs, enquanto se atende requisitos de aplicações. A Figura 2.3 ilustra três abordagens de construção de infraestrutura híbrida proposta pelos autores.

Figura 2.3 – Infraestruturas de comunicação híbridas propostas em [DUM04].

Richardson et al. [RIC06] propõem uma infraestrutura de comunicação híbrida, mesclando

barramento e NoC. Segundo estes autores, barramentos têm melhor desempenho comparado a NoCs quando o número de núcleos IP não excede nove. Tendo por base esta observação, uma heu- rística permite a criação de grupos de afinidade entre os núcleos com maior interação. Interna- mente, os elementos que compõem um grupo de afinidade são interconectados por um barramen- to, e a ligação destes grupos é feita com NoCs, conforme ilustrado na Figura 2.4.

Bolotin et al. [BOL04] propõem a rede em chip QNoC. A construção desta NoC parte origi-

nalmente de uma topologia malha 2D regular, sendo adaptada de acordo com os núcleos IPs que compõem a plataforma alvo. Tal adaptação ocorre através da eliminação de roteadores e ligações da malha 2D, ação esta justificada pela heterogeneidade das dimensões de núcleos IP, conforme ilustrado na Figura 2.5. Podem ainda existir roteadores que não estão conectados a nenhum nú- cleo IP, mas fazem parte da rede em chip como nós de passagem. O roteamento de pacotes é defi- nido por tabelas de roteamento, sendo as rotas entre pares origem/destino definidas de forma a atender os requisitos de comunicação, diminuindo a concorrência por recursos de comunicação e o tamanho das tabelas de roteamento [BOL07].

A B C D E F G H I J K L M N P O A J _B O I K M C E F G H D N P K Infraestrutura de comunicação de partida

NoC de topologia malha 2D

Núcleos IP a serem mapeados

SoC após mapeamento

Infraestrutura de comunicação resultante NoC de topologia irregular

Figura 2.5 – Infraestrutura de comunicação QNoC resultante do processo de mapeamento de núcleos IP e da adaptação de uma NoC de topologia malha 2D.

Ogras et al. [OGR06a] propõem a inserção de fios longos como mecanismo para personali-

zar a NoC, contribuindo para a diminuição do congestionamento e da latência na comunicação en- tre pares origem/destino. Uma rede malha 2D é usada como infraestrutura de comunicação de ba- se. A ela adicionam-se fios longos, respeitando um limite máximo de fios por roteador e observan- do a necessidade da aplicação alvo. Mantém-se o algoritmo de roteamento XY para atender a rede com topologia regular, adicionado-se um algoritmo livre de deadlock para uso nos enlaces inseri- dos.

Srinivasan et al. [SRI05] propõem uma técnica para a geração automática de topologia de

NoCs e rotas entre pares comunicantes, objetivando aplicações específicas e levando em conside- ração o consumo de energia. Os autores computam a influência das taxas de injeção e do tamanho

dos fios de comunicação na energia dissipada nos canais. A técnica proposta se desenvolve em três fases, quais sejam: (i) criação da planta baixa inicial, (ii) mapeamento de núcleos sobre a NoC e (iii) definição das rotas de comunicação. Na primeira fase, busca-se a divisão dos elementos da aplica- ção de tal forma que se atenda a largura de banda exigida tanto para injeção quanto para recep- ção. Na segunda fase, os pares comunicantes são aproximados em uma infraestrutura de comuni- cação do tipo malha 2D, tendo por objetivo a diminuição do número de roteadores a serem atra- vessados desde a origem até o destino. Na última fase, tenta-se reduzir os caminhos utilizados en- tre os pares comunicantes, visando-se a redução do número de roteadores, porém respeitando a largura de banda a que cada canal dá suporte.

Bertozzi et al. [BER04] propuseram a rede em chip Xpipes. Ela possui chaveamento por pa-

cote, adotando a técnica wormhole, e faz uso de roteamento na origem denominado street sign

routing. Neste tipo de roteamento, o cabeçalho do pacote contém a identificação dos roteadores

em que se fará alguma mudança de direção e a direção que tomará. Adicionalmente, a NoC Xpipes permite parametrizações em tempo de projeto tais como: tamanho do flit, espaço de endereça- mento dos núcleos, número máximo de roteadores entre dois núcleos, número máximo de bits pa- ra controle de fluxo fim-a-fim, profundidade da fila de armazenamento e número de canais virtuais por canal físico. Os autores também exploram a geração automática da XPipes, através da adoção de um fluxo de projeto que inclui a extração das características de comunicação da aplicação alvo.

Goossens et al. [GOO05] propuseram a rede em chip Æthereal. A Æthereal pode assumir di-

ferentes topologias, regulares ou irregulares, de acordo com o interesse do projeto. A transmissão de pacotes na rede é garantida pelo uso de roteamento na origem. Nesta NoC são oferecidos servi- ços diferenciados com conexão e com nível de serviço associado. A aceitação da conexão pode in- cluir a reserva de recursos na rede, tal como filas de armazenamento e/ou percentual de largura de banda em canais. Finalizada a comunicação entre o par origem/destino, a conexão é eliminada e as reservas são desfeitas, permitindo assim a criação de novas conexões. O estabelecimento de cone- xão entre pares comunicantes propicia o atendimento de requisitos tal como a taxa de transmis- são. Todavia, a reserva de caminhos consequente do estabelecimento da conexão pode acarretar congestionamento e possível dificuldade de cumprimento de requisitos de outros serviços da rede.