Tìm hiểu tổng quan về NoC

TỔNG QUAN NOC
Người thực hiện
Nguyễn Trung Dũng
Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Điện tử - Viễn thông
Hà Nội, tháng 4 - 2014
Nội dung
I. Topology
II. Các đơn vị dữ liệu dùng trong NoC
III. Các kĩ thuật chuyển mạch
IV. Các cơ chế điều khiển luồng
V. Các thuật toán định tuyến
2
I. TOPOLOGY
 Là đặc trưng quan trọng nhất quyết định cấu trúc của mạng.
 Mô tả kết nối và phân phối của các node trong mạng và liên
kết giữa chúng.
 Quyết định tính chất và hiệu năng của mạng trong từng cấu
hình cụ thể.
3
Các loại topology
1-D Torus
2-D Torus
4
Các loại topology
Folded Torus
5
Các loại topology
Octagon NoC Fat-tree Topology
6
Các loại topology

7
II. CÁC ĐƠN VỊ
DỮ LIỆU
 Node gửi và node nhận trao đổi thông tin với nhau qua các
bản tin (Message).
 Mỗi bản tin được chia thành nhiều gói tin (Packet).
 Mỗi gói tin được chia làm nhiều phần nhỏ gói tin Flit.
8
Typical NoC Packet Format
9
o Routing Information: xác định đường di chuyển của gói tin từ node gửi
đến node nhận.
o SN - Sequence Number là số thứ tự của gói tin.
o Mỗi gói tin có kích thước từ 128 bit đến 512 Kbit, thường là 1 Kbit.
Flit – Flow Control Digit
10
III. CÁC KĨ THUẬT
CHUYỂN MẠCH
“The switching technique defines how and when
the input channel of the switch is connected to the
output channel selected by the routing algorithm.”
11
Circuit
Switching
Packet
Switching
Circuit Switching
• Đường liên kết giữa 2 node trao đổi dữ liệu cần
thiết lập trước khi gửi dữ liệu
• Gồm 3 giai đoạn: thiết lập kênh, truyền dữ liệu,

giải phóng kênh
12
Packet Switching
• Cho phép các gói tin trong 1 bản tin có thể
được truyền qua nhiều đường khác nhau.
• Để định tuyến hiệu quả, khi head flit của
một gói được gửi qua 1 cổng, cổng này được
dành riêng cho các flit của gói tin đó.
• Bao gồm SAF, VCT và WH.
13
IV. CÁC CƠ CHẾ
ĐIỀU KHIỂN LUỒNG
14
Store – And – Forward (SAF)
Virtual Cut-Through (VCT)
Wormhole Switching (WS)
Store – And – Forward (SAF)
• Nhận và lưu trữ toàn bộ gói tin đến trước khi chuyển tiếp tới
bộ định tuyến tiếp theo.
• Bộ đệm đầu vào cần phải lớn hơn dung lượng của gói tin.
• Ưu điểm: kĩ thuật điều khiển đơn giản giữa các bộ định
tuyến.
• Nhược điểm: tốn nhiều tài nguyên phần cứng, độ trễ lớn.
15
Virtual Cut-Through (VCT)
• Truyền gói tin theo từng flit.
• Chuyển tiếp gói tin ngay khi bộ định tuyến kế tiếp đảm bảo
toàn bộ gói tin sẽ được tiếp nhận, ngược lại bộ định tuyến
phải lưu trữ toàn bộ gói tin.
16

Wormhole Switching (WS)
• Một Flit được định tuyến và truyền đi tới bộ định tuyến kế
tiếp trước khi Flit tiếp theo được truyền đến.
• Các bộ định tuyến sẽ lưu một phần các Flit của một gói tin
đơn. => Các Flit được lưu trên nhiều bộ định tuyến dọc theo
đường đi của gói tin.
• Ưu điểm: bộ đệm trong bộ định tuyến có kích thước nhỏ.
• Nhược điểm: nếu 1 gói tin bị nghẽn, các flit của nó sẽ chiếm
dụng bộ đệm trên nhiều router khác nhau, dễ dẫn tới
deadlock.
• Thường kết hợp điều khiển luồng kênh ảo VC (Virtual
Channel).
17
V. CÁC THUẬT TOÁN
ĐỊNH TUYẾN
18
Vấn đề trong định tuyến
19
• Các gói tin tranh giành tài nguyên kênh truyền dẫn đến
nghẽn mạng.
• Một loạt các gói tin chặn lẫn nhau trong mạng làm
mạng không thể tiếp tục vận chuyển các gói tin.
Deadlock
• Gói tin không đến được đích mà chỉ lặp lại ở những
node gần node đích do tài nguyên tại node đích đang bị
chiếm.
Livelock
• Gói tin chờ được phục vụ trong hàng đợi hay bộ đệm
kênh truyền nhưng không bao giờ được phục vụ do tài
nguyên cần cấp phát liên tục bị chiếm dụng bởi gói tin

khác.
Starvation
Dimensional-ordered Routing
• Phù hợp nhất cho việc triển khai NoC trên phần cứng thực
tế.
• Đảm bảo các yêu cầu chung và đảm bảo tính tối ưu về mặt
năng lượng cũng như phù hợp với cấu hình mạng số chiều
thấp – cấu hình mạng phù hợp cho triển khai NoC trên phần
cứng.
• Tại một thời điểm, mỗi gói tin được định tuyến đi theo một
chiều đến khi gói tin đạt được vị trí thích hợp trong chiều
này. Sau đó gói tin được định tuyến đến chiều kế tiếp.
• Thực hiện gán cho mỗi kênh một số hiệu và cấp phát kênh
truyền cho các gói tin theo thứ tự tăng dần hay giảm dần.
• Bao gồm: định tuyến e-cube, định tuyến XY ,…
20
Định tuyến e-cube
• Đảm bảo chống Deadlock cho các mạng 2-ary n-cube.
• Mỗi node trong mạng được ký hiệu là một số nhị phân d-bit,
d là số chiều của mạng.
• Mỗi node có d kênh truyền ra tương ứng với số chiều của
mạng.
• Khi một node nhận được một gói tin, nó so sánh địa chỉ đích
của gói tin với địa chỉ của nó.
21
Định tuyến XY
• Thường được sử dụng cho các mạng có cấu hình lưới 2-
chiều.
• Gói tin truyền đi trên mạng sẽ di chuyển theo chiều X, sau đó
theo chiều Y cho đến khi đến được đích.

• Giải thuật định tuyến quyết định chọn đường đi cho gói tin
dựa vào địa chỉ tương đối giữa node gửi và node nhận (đặt
trong phần Head Flit của gói tin).
22
THANK YOU
23
Reference: Designing 2D and 3D NoC Architectures - Konstantinos Tatas · Kostas Siozios ·
Dimitrios Soudris · Axel Jantsch