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Tipo: doctoralThesis
Título: Mapeamento e adaptação de rotas de comunicação em redes em chip
Autor(es): Moreno, Edson Ifarraguirre
Orientador: Calazans, Ney Laert Vilar
Editor: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação
Fecha de Publicación: 2010
Palabras clave: INFORMÁTICA
ARQUITETURA DE REDES
ROTEAMENTO - REDES DE COMPUTADORES
MULTIPROCESSADORES
REDES DE COMUNICAÇÃO DE COMPUTADORES
Resumen: The constant evolution of market needs requires the availability of computing systems with ever- growing performance. Increases in operating frequencies and instruction level parallelism in microprocessors are not alone sufficient anymore to guarantee performance scaling for such systems. A way to achieve scaling performance has been the adoption of Multiprocessor Systems on a Chip (MPSoCs), which allow distributing application computation costs along a set of processing elements in the MPSoC. The increase in the number of MPSoC processing elements as technology advances into the deep submicron domain is a clear trend. To interconnect such elements it is necessary to employ more efficient communication infrastructures in what concerns electrical characteristics, facility of adoption by designers and performance. Networks on Chip (NoCs) or on chip networks are a clear trend in this sense. In the same way computation performance is expected to increase, so is the performance of communication among processing elements in future MPSoCs. Obviously, NoCs may still suffer from congestion, which degrades the communication quality due, for example, to the increase of latency while delivering messages. The use of adaptive routing algorithms in NoCs allows altogether to solve or at least to alleviate congestion scenarios, but adaptation decisions usually employ only the instantaneous state of the communication network and are based on local information. The problem with this kind of approach is the unpredictability of latency in delivering network packets since the path followed by each packet depends on the state of the network and on the rules adopted by the routing algorithm as well. Additionally, deviations from a route considered congested can take packets to regions with even higher traffic. This thesis proposes two communication infrastructures that allow an improved degree of predictability and are thus more useful to fulfill application communication requirements. Both infrastructures employ source routing strategies. The first, called Hermes-SR NoC, explores the mapping of communication routes at design time. Initial results demonstrate this infrastructure displays gains when compared to the Hermes NoC, a network without congestion solving mechanisms, which uses an XY deterministic routing algorithm. The second infrastructure, called MoNoC (Monitored NoC), explores resources that enable dynamic route adaptation to take place. These resources include special network interfaces, monitors e network probes. Experimental results achieved with MoNoC showed significant reductions for application latency. In both cases, the adoption of adaptive routing algorithms as a base to compute routes enables to turn traffic away from congestion points in the network, which naturally increases latency and packet delivery predictability.
A constante evolução das necessidades de mercado exige que sejam disponibilizados sistemas computacionais com poder de processamento cada vez maior. O aumento da frequência de operação e o paralelismo de instruções em microprocessadores não são mais suficientes para garantir a melhora do desempenho destes sistemas. Uma forma de garantir tal aumento no poder de processamento é o desenvolvimento de sistemas multiprocessados em um único chip (MPSoC), o que permite dividir os custos de computação de aplicações pelos elementos de processamento que o formam. É tendência que o número de elementos de processamento que compõe um MPSoC cresça com o avanço em direção a tecnologias submicrônicas. Para interconectar tais elementos de processamento são necessárias infraestruturas de comunicação mais eficientes do ponto de vista de características elétricas, facilidade de adoção em projetos e desempenho. Redes em chip (do inglês, Networks on Chip ou NoCs) são vistas como uma tendência neste processo. Assim como o aumento do desempenho da computação prevê-se também o aumento do desempenho da comunicação entre os elementos de processamento. Obviamente, NoCs podem sofrer com fenômenos de congestionamento, que degradam a qualidade das comunicações devido, por exemplo, ao aumento da latência de entrega de mensagens. O uso de algoritmos adaptativos em NoCs permite reduzir o congestionamento, mas decisões de adaptação são normalmente baseadas no estado instantâneo da rede e apenas no uso de informação local. O problema deste tipo de abordagem é a imprevisibilidade da latência de entrega de pacotes, visto que a rota a ser utilizada por um pacote depende do estado da rede e da regra adotada pelo algoritmo de roteamento. Adicionalmente, o desvio de uma rota considerada congestionada pode levar a outras com concentração de tráfego ainda maior.O presente trabalho propõe duas infraestruturas de comunicação que permitem maior previsibilidade, sendo assim úteis para melhor atender requisitos de comunicação de aplicações. Ambas as infraestruturas propostas empregam roteamento na origem. A primeira, denominada NoC Hermes- SR explora o mapeamento de rotas de comunicação realizado em tempo de projeto. Resultados iniciais mostram um ganho desta infraestrutura de comunicação quando comparada à NoC Hermes com roteamento determinístico XY, uma NoC sem mecanismos para reduzir congestionamentos. Na segunda infraestrutura de comunicação, chamada MoNoC (de NoC Monitorada), exploram-se recursos que contribuem para permitir adaptação de rotas, tais como interfaces de rede, monitores e sondas de rede. Resultados capturados para tal infraestrutura apresentaram reduções significativas de latência de aplicação. Em ambos os casos, a adoção de algoritmos de roteamento adaptativos quando utilizados como base para a definição de rotas permite contornar caminhos congestionados na rede aumentando a previsibilidade de latência de entrega de pacotes.
URI: http://hdl.handle.net/10923/1470
Aparece en las colecciones:Dissertação e Tese

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