Diseño e Implementación de un SimuladorDe Arquitectura Networks-On-Chip

Edwin Tufiño

Diseño e Implementación de un SimuladorDe Arquitectura Networks-On-Chip

•¿Qué son las NoC?

•Arquitectura de la NoC

•Nueva Propuesta de Arquitectura

•Simuladores de NoC

•Noxim

•Modificaciones a Noxim

•Resultados

•Conclusiones y Recomendaciones

Diseño e Implementación de un SimuladorDe Arquitectura Networks-On-Chip

¿QUÉ SON LAS NoC(Networks-On-Chip)?

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

HOST

NI (Interfaz de Red)

Router

Enlace

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

NOC

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

ARQUITECTURA DE LA NoC

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

NOC- Interfaz de Red (NI)- Router (R)- Elemento de procesamiento (PE)- Topología- Modelo OSI- Enlace

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

ENLACE

ELEMENTO DE PROCESAMIENTO

Module

M odule M odule

M odule M odule

M odule M odule

M odule

M odule

M odule

M odule

M odule

Replace+

INTERFAZ DE RED (NI)

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

TOPOLOGÍA

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

MODELO OSI

Aplicación

Transporte

Red

Física

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

- Selección lógica Algoritmo de Ruteo

Router (Conmutador)

- Multiplexor

- Cola (Buffer)

Algoritmo de Enrutamiento

Si origen < ó > destino origen=origen+1 ó origen-1

Si 00 < 11 10Si 10 < 11 11

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

NUEVA PROPUESTA DE ARQUITECTURA

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

NUEVA PROPUESTA DE ARQUITECTURA

- La Topología- El Algoritmo de Enrutamiento

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

SIMULADOR DE NoC

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

LOS 3 CRITERIOS PRINCIPALES QUE EVALÚAN LOS SIMULADORES:

-Energía Consumida

-Latencia

-Throughput

Diseño e Implementación de un SimuladorDe Arquitectura Networks-On-Chip

# Nombre Año Grupo1 NS-2 1995 DARPA2 Noxim 2010 Universidad de Catagne3 Darsim 2009 MIT4 SunFloor - 3D 2006-09 EPFL5 Orion 2003-09 Universidad de Princeton6 INSEE 2005 Universidad Basca7 Atlas 2005 Universidad Federal de Brazil8 Nocic 2004 Universidad de Massachussetts9 Pestannna 2004 Laboratorios Phillips

10 Pirate 2004 Escuela Politecnica de Milan11 Sunmap 2004 Universodad de Stanford12 NoCgen 2004 -13 FlexNoc - ARTERIS14 Inoc - -15 Chain - Silistix16 BookSim 2002-10 Universidad de Stanford17 Worm_sim Simulator2005 CMU18 NoC Simulator 2007 Universidad de Las Palmas de Gran Canaria19 VNOC 2009 -20 Sicosys 2008 Universidad de Cantabria21 Nostrum 2002-06 KTH – Royal Institute of Technology22 Nirgam 2007 Universidad de Southampton23 NoCSim 2002-06 TAMU24 gpNoCsim 2006 Bangladesh University of Engineering and Technology

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

# Simulador TR TB DP AR PIR ES DT CA CP T L Disponibilidad1 NS-2 + + + + + + + + + + + +2 Noxim + + + + + + + - + + + +3 Darsim + + + + + + + - - + + -4 SunFloor -3D + - - - - - - - + + + -5 Orion - + - - - - - + + - - -6 Atlas + - + + + - - - - + + +7 Pirate + + - - - - - + + - - -8 Sunmap + + - - - - - - + + + -9 uSpider + + - - - - - - - + + -

10 NoCgen - + - - - - - - - + + -11 FlexNoc + + + + + + + + + + + commercial12 iNoc + + + + + + + + + + + commercial13 Chai Tool + + + + + + + + + + + commercial

TR= Tamaño de Red ES= Estrategia de SelecciónTB= Tamaño del Buffer DT= Distribucion de TraficoDP= Distribucion de Paquetes CA= Consumo de AreaAR= Algoritmo de Ruteo CP= Consumo de PoderPIR= Packet Injection Ratio T= Throughput

L= Latency

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

-Entreguen los 3 criterios a tomar en cuenta (energía consumida, latencia y troughtput)

-La disponibilidad del simulador

-La fecha de desarrollo

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

NOXIM

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

- Código abierto (Licencia GPL)

- System C

- Linux

- CLI

- Modular

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

MODULAR

Diseño e Implementación de un SimuladorDe Arquitectura Networks-On-Chip

Parámetros de Entrada -Topología Mesh-Dimensión X de la matriz .-Dimensión Y de la matriz .-Tamaño de buffer (en flits).-Tamaño mínimo y máximo de cada paquete.-Algoritmo de ruteo.-Warmup.-Tiempo de simulación.-Número de paquetes a recibir.-Tráfico randómico. Parámetros de Salida

-El número total de paquetes recibidos.-El promedio global del troughput y latencia.-El retraso máximo global.-La energía total consumida.

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

MODIFICACIONES A NOXIM

Diseño e Implementación de un SimuladorDe Arquitectura Networks-On-Chip

-Topología-Algoritmo de Enrutamiento-Direccionamiento del tráfico-Interfaz Gráfica-Datos exportados en archivo de texto

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

ARQUITECTURA TORUSTOPOLOGÍA

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

ARQUITECTURA TORUSALGORITMO DE ENRUTAMIENTO

BORDE ADAPTATIVO

Diseño e Implementación de un SimuladorDe Arquitectura Networks-On-Chip

ARQUITECTURA TORUSSTOPOLOGÍA

Diseño e Implementación de un SimuladorDe Arquitectura Networks-On-Chip

ARQUITECTURA TORUSALGORITMO DE ENRUTAMIENTO

ADAPTATIVO

Diseño e Implementación de un SimuladorDe Arquitectura Networks-On-Chip

TRÁFICO DIRECCIONADO

Diseño e Implementación de un SimuladorDe Arquitectura Networks-On-Chip

INTERFAZ GRÁFICA

Diseño e Implementación de un SimuladorDe Arquitectura Networks-On-Chip

EXPORTACIÓN A ARCHIVO DE TEXTO

Diseño e Implementación de un SimuladorDe Arquitectura Networks-On-Chip

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Diseño e Implementación de un SimuladorDe Arquitectura Networks-On-Chip

ESCENARIO DE SIMULACIÓN

Dimensión De la Matriz

Elementos a

Combinar

Número de Elementos

Numero de Muestras

2 2 4 16

3 2 9 81

4 2 16 256

5 2 25 625

6 2 36 1296

7 2 49 2401

8 2 64 4096

9 2 81 6561

0 50 100 150 200 250 300 3504.63

4.6354.64

4.6454.65

4.6554.66

4.6654.67

4.6754.68

Simulaciones VS Latencia (2x2)

TeóricoPromedio

Simulaciones

Late

ncia

(Cicl

os)

NUMERO DE PAQUETES NUMERO DE SIMULACIONES

Diseño e Implementación de un SimuladorDe Arquitectura Networks-On-Chip

ESCENARIO DE SIMULACIÓN

TAMAÑO DEL BUFFER ALGORITMO DE ENRUTAMIENTO

5 10 15 20 25 30 3514.659

14.6614.66114.66214.66314.66414.66514.66614.66714.668

Latencia Promedio vs Tamaño de Buffer

Tamaño de Buffer

Late

ncia

Pro

med

io

Algoritmo de Enrutamiento

Latencia Promedio (ciclo)

xy 9,96736fullyadaptive 10,0034oddeven 10,0304westfirst 10,0488northlast 10,1449negativefirst 10,2086dyad T 10,3977

Diseño e Implementación de un SimuladorDe Arquitectura Networks-On-Chip

Topología Mesh Torus Torus TorusS

Dimensión Matriz 2 a 9 2 a 9 2 a 9 2 a 9

Numero de Simulaciones 40 40 40 40

Número de Paquetes +6000 +6000 +6000 +6000

Numero de Flits x Paquete 5 5 5 5

Tamaño del Buffer +20 +20 +20 +20

Algoritmo de ruteo XY Borde Completo Completo

Simulación Randómica

ESCENARIO DE SIMULACIÓN

Diseño e Implementación de un SimuladorDe Arquitectura Networks-On-Chip

1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

2

4

6

8

10

12

14

16

Latencia Promedio VS Dimensión de La Matriz

MeshTorusBTorusRTorusS

Dimension de la Matriz

Late

ncia

Pro

med

io (C

iclos

)

Diseño e Implementación de un SimuladorDe Arquitectura Networks-On-Chip

1 2 3 4 5 6 7 8 9 100.00E+00

1.00E-01

2.00E-01

3.00E-01

4.00E-01

5.00E-01

6.00E-01

7.00E-01

8.00E-01

9.00E-01

Troughtput VS Dimension de La Matriz

MeshTorusBTorusRTorusS

Dimension de la Matriz

Trou

ghtp

ut (fl

its/c

iclos

)

Diseño e Implementación de un SimuladorDe Arquitectura Networks-On-Chip

1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

1

2

3

4

5

6

Energía Consumida VS Dimensión de La Matriz

MeshTorusBTorusRTorusS

Dimensión matriz

Ener

gía

(nJ)

Diseño e Implementación de un SimuladorDe Arquitectura Networks-On-Chip

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Diseño e Implementación de un Simuladorde Arquitectura Networks-On-Chip

CONCLUSIONES

- La estructura de la NoC es más sencilla que las redes computacionales, puesto que los elementos que conforman la arquitectura de la NoC no se encuentran sujetos a cambios posteriores a su implementación. -Previo al desarrollo de una nueva propuesta de arquitectura NoC se debe conocer la estructura interna de los elementos que conforman ésta y su funcionalidad dentro de la red

-La latencia depende directamente de la topología de la NoC debido a la interconexión existente entre los nodos que la conforman, ya que lógicamente se puede reducir la distancia entre ellos. -La sencillez y optimización del algoritmo de enrutamiento reduce los tiempos de despacho de los paquetes

Diseño e Implementación de un SimuladorDe Arquitectura Networks-On-Chip

- El troughtput es la velocidad interna con que los elementos de red procesan la información, puesto que la estructura interna de los elementos de red es la misma en todas las arquitecturas, el troughtput es el mismo en todas también. -El desempeño en cuanto a términos de energía consumida de las arquitecturas TorusR, TorusB es menor a la de la arquitectura Mesh.

Diseño e Implementación de un SimuladorDe Arquitectura Networks-On-Chip

RECOMENDACIONES

- Las NoC abren un amplio campo para la investigación, por lo que es necesario realizar un estudio por separado de cada elemento que la compone (algoritmo de ruteo, buffer, topología). - El simulador no contempla la energía consumida ocasionada por la longitud de los cables de las interconexiones entre los nodos externos, esto se deberá tomar en cuenta para futuros estudios. - Se debe realizar un estudio de los algoritmos de enrutamiento, para así poder garantizar un algoritmo óptimo que ayude a mejorar el desempeño de la NoC.

Diseño e Implementación de un SimuladorDe Arquitectura Networks-On-Chip

GRACIAS