Verificação e prototipação de redes intrachip: o estudo de caso Hermes-TB

Abstract

O avanço tecnológico atual do processo de construção de circuitos eletrônicos possibilita a integração de mais de um bilhão de componentes em um único circuito integrado. Um circuito integrado no estado da arte é um componente complexo constituído por numerosos módulos complexos conhecidos como núcleos de propriedade intelectual. Circuitos integrados modernos contêm dezenas ou centenas de núcleos interconectados. Cada vez mais a interconexão de núcleos se faz através de estruturas de comunicação complexas. Uma forma de organizar estas arquiteturas é construí-las sob a forma de uma rede intrachip. O uso de estruturas de comunicação total ou parcialmente regulares tende a aumentar a escalabilidade e o grau de paralelismo da comunicação em sistemas integrados complexos. Uma das características mais importantes de uma rede intrachip é a sua topologia. Este trabalho aborda a verificação e a prototipação da rede intrachip Hermes-TB. Esta rede emprega topologia do tipo toro 2D bidirecional como forma de alcançar baixa latência e alta vazão a um custo de hardware reduzido. A verificação do projeto da Hermes-TB foi obtida aqui através da execução da simulação com atrasos do projeto original, pois a proposta inicial da rede realizou a validação do projeto apenas através de simulação funcional. Por outro lado a prototipação, aqui realizada sobre plataformas baseadas em FPGAs (do inglês, Field Programmable Gate Arrays) validou o projeto pela primeira vez em hardware. Ao final deste trabalho pôde-se então confirmar a viabilidade de uso da rede intrachip Hermes-TB em circuitos reais.

The current state of electronic circuit design and fabrication processes enables the integration of more than a billion devices in a single integrated circuit. A state of the art integrated circuit is a complex component formed by several complex modules known as intellectual property cores. Modern integrated circuits contain dozens or hundreds of such cores interconnected. The interconnection of cores is growingly performed through complex communication structures. One way to organize such interconnect architectures is to build them in the form of an intrachip network. The use of totally or partially regular communication structures improves scalability and the degree of communication parallelism in complex integrated circuits. One of the most important characteristic of intrachip networks is its topology. This work approaches the verification and prototyping of the Hermes-TB intrachip network. This network employs a regular, bidirectional 2D torus topology as a means to reach low latency and high throughput communication at a reasonable hardware cost. The Hermes-TB design verification was achieved through the use of timing simulation of the original design, since the original proposal of the network employed only functional simulation as design validation method. Prototyping of Hermes-TB, on the other hand, was conducted on an FPGA-based platform, and served to validate the network design in hardware for the first time. At the end of this work, it was then possible to confirm the viability to use the Hermes-TB intrachip network in real circuits.