SINTESI PUNTI SALIENTI Da shared bus a network on chip Concetto di nodo Standard commerciali shared bus: AMBA, Wishbone, CoreConnect Opzioni avanzate shared.

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1 SINTESI PUNTI SALIENTI Da shared bus a network on chip Concetto di nodo Standard commerciali shared bus: AMBA, Wishbone, CoreConnect Opzioni avanzate shared bus: pipelining, split transactions, preemption, lock, etc.. Importanza delle politiche di arbitraggio diversi tipi: round robin, TDMA, priorità, versioni evolute performance di un algoritmo di arbitraggio dipende da: Tipo e profilo di traffico Hardware di comunicazione Importanza del matching hardware - software

2 Network-on-chip Supporto contemporaneo di transazioni multiple Segmenti al posto di linee globali Scalabilità Comunicazione a pacchetti Disponibilità di diversi gradi di libertà per il progettista: - topologia - routing - ampiezze dei bus - numero di porte - controllo di flusso CPU Memory DSP Memory link switch network interface CPU

3 Performance metrics Sender Receiver Sender Overhead Transmission time (size ÷ bandwidth) Transmission time (size ÷ bandwidth) Time of Flight Receiver Overhead Transport Latency Total Latency = Sender Overhead + Time of Flight + Message Size ÷ BW + Receiver Overhead Total Latency (processor busy) (processor busy)

4 Topologia Struttura della rete di interconnessioni Determina: Grado: numero di link che parte da un nodo Diametro: max numero di links tra nodi (max dist) Distanza media: numero di hop tra destinazioni random Bisezione: numero minimo di links che separano la rete in due metà ATTENZIONE: Strutture tri-dimensionali sono difficili da mappare su un chip che è invece bi-dimensionale

5 Topologie 1D Mesh 2D Mesh Ring Torus Hypercube Fat tree Butterfly

6 Pacchettizzazione Pacchettizzazione del messaggio: Obiettivi della Network Interface: Rendere trasparente il supporto di comunicazione tra IP PAYLOADHEADERTAIL Pacchetto FLIT … IP Network Interface Network End-to-End protocol Header contiene ad es. Percorso nella rete (Path) Mittente (Source) Destinatario (Destination) Natura del pacchet. (Packet Type) Numero trasferimenti (MBurst) Tag per il riordino (ID-PACKET) Network protocol

7 Canale Virtuale SW0SW1SW2 SW3 uscita A uscita B Pacchetto Presenza di più registri per ogni porta di uscita Riduce la contention sul link

8 Routing Shared Bus comunicazione di tipo broadcast Routing per switched bus. Opzioni: Source-based routing: il messaggio specifica già il percorso da seguire (cambi di direzione) Virtual Circuit: connessione tra sorgente e destinazione. Il messaggio sceglie la connessione di interesse Destination-based (distributed) routing: il messaggio specifica la destinazione, lo switch seleziona il percorso deterministic: sempre lo stesso percorso adaptive: differenti percorsi in base a congestione e guasti Randomized routing: scelta tra diversi percorsi per bilanciare il carico di rete

9 STREET SIGN ROUTING Esempio di tecnica di source routing: street-sign-routing (iWarp) N E O S Start Stopt Header: PATH = (N,N,E) Header leggero

10 Controllo di flusso Store-and-forward policy: ogni switch attende che lintero pacchetto sia arrivato prima di inoltrarlo al prossimo switch (WAN) Cut-through routing and worm hole routing: lo switch esamina lheader, decide il percorso ad inizia il forward immediatamente In worm hole routing, flit di payload e di tail seguono ordinatamente il flit di head Cut through routing : anche qualora lhear si Bloccasse, il tail prosegue fino alla memorizzazione Di tutto il pacchetto in uno switch (richiede una gran capacità di memorizzazione) SWITCH A SWITCH B SWITCH C Packet header Packet tail

11 Controllo della congestione Reti a pacchetti: no meccanismi di bandwidth reservation: ciò porta a problemi di contention OPZIONI PACKET DISCARDING: se il pacchetto arriva ad uno switch il cui buffer è pieno, il pacchetto viene eliminato (es. UDP) CONTROLLO DI FLUSSO: tra coppie di sender e receiver. FEEDBACK per comunicare al sender che può spedire BACK-PRESSURE: Wires separate per inviare start/stop WINDOWING: dà al sender il diritto di inviare N pacchetti prima che questi abbia il permesso di inviarne altri (es. TCP),

12 Instradare i pacchetti Transazioni sicure Gestione delle contese ingressiuscite ingresso IPuscita IP Buffer duscita Buffer dingresso Arbitro Matrice connessioni Buffer Arbitro Matrice Architettura di uno switch

13 Architettura Switch 4x4 Porta uscita[0] Porta uscita[1] Porta uscita[3] OUT[0] OUT[1] OUT[3] IN[0] IN[3] IN[0] IN[3] IN[0] IN[3] OUT[0] OUT[1] OUT[2] OUT[3] IN[1] IN[0] IN[2] IN[3] ACK[0] ACK[1] ACK[0] ACK[1]ACK[3] ACK[2] Modulo ACK ACK[3]

14 Trasmissione Rilevazione ACK e memorizzazione Progazione ACK NACK Deallocazione memoria Rilevazione NACK Ritrasmissione Go back N Ritrasmissione

15 Impatto dei parametri (1) Burst write (10 dati) (W / MDATAWD) = 4 header Tempo per creare un flit 9 flit

16 Impatto dei parametri (2) Burst write (10 dati) (W / MDATAWD) = 1 16 flit

17 Confronto - I - Ogni unità funzionale aggiuntiva aggiunge capacità parassit + Si utilizzano solo wires point-to-point one-way - Problemi di bus timing in bus sub-micrometrici + Possibilità di wires pipelined poiché il protocollo è GALS - Il delay dellarbitro cresce col no. di master. Arbitro instance-specific + Decisioni di routing distribuite. Switches reinstanziabili - Banda è limitata e condivisa da tutte le unità + La banda scala con la dimensione della rete Vantaggi di NoC……..

18 Confronto - II e vantaggi di Shared Bus…….. + La latenza di accesso al bus è nulla dopo la concessione del bus -problemi di congestione di rete possono causare un certo delay + Costo in termini di silicio di un bus è pressochè nullo -Notevole costo in area per una rete on-chip + Le interfacce bus – IP sono molto semplici -Le interfacce bus-IP possono essere molto complesse (wrappers) + Criteri di progetto semplici e ben compresi - Necessità di un nuovo paradigma progettuale