Exploração de comunicação fim-a-fim assíncrona através de uma NoC síncrona

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Weber, Iaçanã Ianiski
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Manancial - Repositório Digital da UFSM
dARK ID: ark:/26339/001300000bmq6
Texto Completo: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/16780
Resumo: Systems on-Chip (SoC) with a large number of cores adopt Networks on-chip (NoC) as the communication infrastructure due to its scalability. The complexity to distribute a skew-free synchronous clock signal over the entire chip increases in current fabrication technologies due to the process variability. The transistors energy consumption hasn’t remained proportional to the increase in integration density, breaking the Dennard’s scaling, as a consequence, today it is not possible to keep every core in full operation whitout breaking the limits of energy consumption, this phenomenon is called as Dark Silicon. Thus, designers may choose among asynchronous and Globally Asynchronous, Locally Synchronous (GALS) NoCs. This work proposes an intermediate solution. Each Intellectual Property (IP) core may have its clock domain, and the NoC supports both synchronous and asynchronous communication. The asynchronous communication is implemented in the NoC using a technique called bypass over internal buffers. During runtime each router in the path between the transmitter and the receiver has its internal buffers bypassed, creating a direct connection between each IP and allowing them to communicate without the NoC clock domain interference, this is called end-to-end communication. The asynchronous communication reduces the switching activity inside the NoC because router buffers are bypassed. The communication between IPs and NoC requires some synchronization technique that must be applied to contain the metastability in data transmission between clock domains. However the most traditional technique to make the synchronization between NoC and IP is a bisynchronous FIFO which proved to be unsatisfactory due to high latency penalty when associated to the asynchronous communication protocol. To work around this problem the bisynchronous FIFO has been changed by the border synchronization, which makes individual sinchronizations when a control signal is crossing to another clock domain. This technique associated with an asynchronous circular FIFO proved satisfactory in terms of energy reduction (up to 52%) under latency (16% to 30%) and area (21%) overhead.
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Thus, designers may choose among asynchronous and Globally Asynchronous, Locally Synchronous (GALS) NoCs. This work proposes an intermediate solution. Each Intellectual Property (IP) core may have its clock domain, and the NoC supports both synchronous and asynchronous communication. The asynchronous communication is implemented in the NoC using a technique called bypass over internal buffers. During runtime each router in the path between the transmitter and the receiver has its internal buffers bypassed, creating a direct connection between each IP and allowing them to communicate without the NoC clock domain interference, this is called end-to-end communication. The asynchronous communication reduces the switching activity inside the NoC because router buffers are bypassed. The communication between IPs and NoC requires some synchronization technique that must be applied to contain the metastability in data transmission between clock domains. However the most traditional technique to make the synchronization between NoC and IP is a bisynchronous FIFO which proved to be unsatisfactory due to high latency penalty when associated to the asynchronous communication protocol. To work around this problem the bisynchronous FIFO has been changed by the border synchronization, which makes individual sinchronizations when a control signal is crossing to another clock domain. This technique associated with an asynchronous circular FIFO proved satisfactory in terms of energy reduction (up to 52%) under latency (16% to 30%) and area (21%) overhead.Atualmente Sistemas intra-Chip (System on-Chip - SoC) com um grande número de núcleos vêm adotando Redes intra-Chip (Network on-Chip - NoC) como infraestrutura de comunicação devido sua alta capacidade de escalabilidade. Nestes SoCs com dezenas de núcleos a dificuldade de realizar a distribuição de um clock skew-free por toda a dimensão do chip é elevada em tecnologias de fabricação atuais. Além disso, o consumo de energia dos transistores não se manteve proporcional ao aumento da densidade de integração, decorrente de aperfeiçoamentos na tecnologia de integração, e por consequência, hoje não é possível manter todos os núcleos em funcionamento simultâneo e ainda manter-se dentro dos limites de consumo de energia, a esse fenômeno foi dado o nome de Dark Silicon. Portanto, projetistas de hardware vêm adotando um paradigma de desenvolvimento conhecido como globalmente assíncrono, localmente síncrono (GALS). Cada núcleo possui seu próprio domínio de clock e para que ocorram comunicações entre núcleos são necessárias sincronizações de forma a evitar metaestabilidade dos dados. A NoC possui seu próprio domínio de clock, no qual as comunicações são estabelecidas de forma síncrona. Com o intuito de reduzir o consumo de energia foi implementado a técnica de realizar bypass sobre os buffers da NoC, desta forma, enquanto uma comunicação ocorre os buffers podem ser desligados, pois não realizam armazenamentos temporários, foi dado o nome de comunicação assíncrona para o protocolo que utiliza o bypass. A comunicação assíncrona conecta diretamente o roteador transmissor até o receptor, desta forma os dados inseridos na entrada do roteador pelo núcleo transmissor, são imediatamente transmitidos, na velocidade de propagação da via, até o núcleo receptor, à essa característica damos o nome de comunicação fim-a-fim. Os núcleos atendidos pela NoC possuem domínios de clock próprios, o que faz com que seja necessário realizar sincronização entre os núcleos e a NoC. Uma técnica amplamente utilizada é a de fila bissíncrona. Porém, o desempenho da comunicação assíncrona combinado com a fila bissíncrona não foi satisfatório, criando um overhead de latência impeditivo. Desta forma, optou-se por utiliza uma técnica de sincronização de borda, juntamente com o desenvolvimento de uma fila circular assíncrona. Quando empregados juntos, é possível alcançar reduções do consumo de energia (até 52%) sob um custo de latência (16% até 30%) e área (21%) quando comparada a uma NoC referência.Universidade Federal de Santa MariaBrasilCiência da ComputaçãoUFSMPrograma de Pós-Graduação em Ciência da ComputaçãoCentro de TecnologiaCarara, Everton Alceuhttp://lattes.cnpq.br/4818062789310854Moraes, Fernando Gehmhttp://lattes.cnpq.br/2509301929350826Rutzig, Mateus Beckhttp://lattes.cnpq.br/5220540043911446Weber, Iaçanã Ianiski2019-06-07T11:58:02Z2019-06-07T11:58:02Z2019-02-21info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/16780ark:/26339/001300000bmq6porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2022-06-23T13:50:07Zoai:repositorio.ufsm.br:1/16780Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/ONGhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.comopendoar:2022-06-23T13:50:07Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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