| Resumen: | The growing number of applications running on emerging MPSoCs can be characterized by their high demand of computation and communication in different parts of the chip. The processing elements that execute these applications bring a dynamic and unpredictable nature to the on-chip traffic, due to the variability on data injection rates that they can generate. Networks on chip (NoCs) are the communication infrastructure to be used in such systems, due to their performance, reliability and scalability. To deal with the dynamic behavior of the application traffic, several methods are proposed at the system level (at runtime) and at the architecture level (at design time). The subject of this Thesis is the use of techniques for adaptability in NoCs at both system and architecture levels: buffer sizing and adaptive routing. The first technique introduces a decoupling buffer (D-buffer) on the target IP. This buffer receives data from the NoC with jitter, while the target IP consumes data from this buffer at the application rate, without jitter. Two problems must be solved to implement D-buffers: (i) which size must the buffer have? (ii) how much time should pass before data consumption starts (threshold)? A general method to define D-buffer size and threshold, considering the influence of packaging, arbitration, routing and concurrency between flows is presented. The second technique is an adaptive routing algorithm for NoCs, where the path between source and target IPs may be modified due to congestion events. The major part of the state of art proposals have a limited view of congestion, since each NoC router takes decisions based on the status of a few neighbors. Such local decisions may route packets to other congested regions, making the algorithm inefficient. This work presents a new method where congestion analysis considers information of all routers in the source-to-target path. This method relies on a protocol for QoS session establishment, followed by distributed monitoring and re-route to noncongested regions. Experimental results demonstrate the impact on multimedia flows with fixed and variable packet sizes (from real traffic traces) in the buffer sizing, and the percentage of deadline violations as a function of the D-buffer size. In terms of adaptive routing, the obtained results present the influence of different levels of traffic locality on packets latency, NoC occupation and adaptive routing reactivity to congestion events.
O crescente número de aplicações executando em MPSoCs emergentes pode ser caracterizado pela sua alta demanda de computação e comunicação nas diferentes parte do chip. Os elementos de processamento que executam estas aplicações trazem uma natureza dinâmica e imprevisível para o tráfego em chip, devido à variabilidade nas taxas de injeção de dados que eles podem gerar. As redes em chip (NoC – do inglês Network-on-Chip) são as estruturas de comunicação a serem utilizadas em tais sistemas, devido ao seu desempenho, confiabilidade e escalabilidade. Para lidar com o comportamento dinâmico do tráfego de aplicações, vários métodos de adaptação são propostos em nível de sistema (em tempo de execução) e em nível de arquitetura (em tempo de projeto). Esta Tese aborda o uso de técnicas de adaptação em NoCs em nível de sistema e de arquitetura: dimensionamento de buffer e roteamento adaptativo. A primeira técnica introduz um buffer de desacoplamento (D-buffer) no IP destino. Este buffer recebe dados da NoC com jitter, enquanto que o IP destino consome dados deste buffer na taxa da aplicação, sem jitter. Dois problemas devem ser resolvidos para a implementação de D-buffers: (i) qual tamanho este buffer deve possuir? (ii) quanto tempo deve ser esperado antes do início do consumo de dados (threshold)? Propõe-se aqui um método geral para definir o tamanho e threshold de D-buffers, considerando a influência do empacotamento, arbitragem, roteamento e concorrência entre fluxos. A segunda técnica é um algoritmo de roteamento adaptativo para NoCs, onde o caminho entre o IPs origem e destino pode ser modificado devido a eventos de congestionamento. A maior parte das propostas do estado da arte possui uma visão limitada de congestionamento, considerando que cada roteador da NoC toma decisões baseado no estado de seus vizinhos. Esta decisão local pode rotear pacotes a outras regiões congestionadas, o que pode tornar o algoritmo ineficiente. Este trabalho apresenta um novo método onde a análise de congestionamento considera informações de todos os roteadores no caminho entre a origem e destino. Este método é composto por um protocolo para estabelecimento de sessões QoS, seguido de monitoração distribuída e re-roteamento para regiões não congestionadas. Resultados experimentais demonstram o impacto de fluxos multimídia com tamanhos de pacotes fixo e variável (a partir de traces reais de tráfego) no dimensionamento de buffers, e o percentual de violações de prazos em função do tamanho do D-buffer. Em termos de roteamento adaptativo, os resultados obtidos apresentam a influência de diferentes níveis de localidade de tráfego na latência de pacotes, ocupação da NoC e reatividade do roteamento adaptativo a eventos de congestionamento. |
