Implementação de uma rede em chip com suporte a clusters dinâmicos e multicast

Abstract

Sistemas em Chip de núcleo único utilizam o paralelismo de instruções para agilizar a computação e conforme o limite deste paralelismo é alcançado é necessário buscar alternativas. Graças ao aumento contínuo da taxa de integração de transistores tornou-se possível a multiplicação de núcleos dentro de um único chip, surgindo assim um novo paradigma cujo objetivo é o paralelismo de tarefas. Neste novo paradigma surge um aumento elevado nas taxas de comunicações entre os elementos do sistema. Isto exige um mecanismo de comunicação que possa atender um alto número de requisições simultaneamente e que seja facilmente replicável, eliminando assim a viabilidade de uso de barramentos tradicionais. Uma nova proposta de interconexão para estes sistemas são as Redes em Chip (NoCs). Mapeando tarefas em um conjunto de recursos, como núcleos e memórias, é possível criar clusters para tratar tarefas. Com a disponibilidade de múltiplos recursos é possível criar diversos clusters, e é desejável que eles não interfiram entre si. Além disso, uma parcela significativa da comunicação quando utiliza-se paralelismo a nível de tarefas tende a ser de um para muitos nodos. Atualmente, multicasts são suportados através de múltiplos unicasts ou broadcast. Infelizmente esses métodos não são eficientes. Este trabalho implementa e modifica uma Rede em Chip utilizando SystemC, adicionando suporte a multicast e clusters no nível de rede sem um grande aumento de área, comparando a primeira implementação com a implementação modificada. Também é feito um modelo de área e potência utilizando a biblioteca Orion 2.0.

Single core System on Chip relays on ILP to make computing faster and, as this parallelism’s limit is reached a need for alternatives arises. The continuous raise on the rate of transistor integration has enabled core multiplication into a single chip, giving birth to a new paradigm that benefits from task parallelism. In the light of this new paradigm SoCs tend to become communication-bound, requiring a communication bus that can serve a high number of requisitions simultaneously and that is easily replicable. These requirements prevent the use of traditional buses. A new proposal to solve this problem is based on Networks on Chip. By mapping tasks into a set of resources, like cores and memories, it is possible to create clusters to handle tasks. With multiple resources available it is possible to create several clusters, and it is desirable that they don’t interfere with each other. Also, a significant part of the communication when using TLP tends to be from one to many nodes. Currently, multicasts are supported through multiple unicasts or a broadcast. Unfortunately these methods are not efficient. This work implements and modifies a Network on Chip using SystemC, adding multicast and dynamic cluster support at the network level without a big area overhead, comparing the first implementation with the modified one. Also an area and power model is created using Orion 2.0.