[論文レビュー] A Tighter Real-Time Communication Analysis for Wormhole-Switched Priority-Preemptive NoCs

Borislav Nikolić, Leandro Soares Indrusiak+1 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2016

Interconnection Networks and Systems参考文献 12被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、トンネルスイッチドで優先度プリエンプティブなNoCにおける、より洗練されたリアルタイム通信解析を提案する。この手法は、直接干渉のモデル化をより正確にすることで、最悪実行時間の上限値における楽観的評価（pessimism）を低減する。干渉の会計方法を精緻化することにより、特に低優先度、長距離パス、小サイズのフローに対して著しくタイトな上限値が得られ、リソース利用効率が向上し、トラフィックワークロードのスケジューラビリティが向上する。

ABSTRACT

Simulations and runtime measurements are some of the methods which can be used to evaluate whether a given NoC-based platform can accommodate application workload and fulfil its timing requirements. Yet, these techniques are often time-consuming, and hence can evaluate only a limited set of scenarios. Therefore, these approaches are not suitable for safety-critical and hard real-time systems, where one of the fundamental requirements is to provide strong guarantees that all timing requirements will always be met, even in the worst-case conditions. For such systems the analytic-based real-time analysis is the only viable approach. In this paper the focus is on the real-time communication analysis for wormhole-switched priority-preemptive NoCs. First, we elaborate on the existing analysis and identify one source of pessimism. Then, we propose an extension to the analysis, which efficiently overcomes this limitation, and allows for a less pessimistic analysis. Finally, through a comprehensive experimental evaluation, we compare the newly proposed approach against the existing one, and also observe how the trends change with different traffic parameters.

研究の動機と目的

• トンネルスイッチドで優先度プリエンプティブなNoCにおける、既存のリアルタイム通信解析に見られる高い楽観的評価（pessimism）を是正すること。これによりリソースの過剰確保が生じる。
• 競合するトラフィックフロー間の干渉モデル化における、特定の楽観的評価の原因を同定し、解消すること。
• 正しさを損なわず、最悪実行時間の上限値をよりタイトに見積もれる、楽観的評価の少ない解析手法を開発すること。
• さまざまなトラフィックパラメータを用いて提案手法を評価し、楽観的評価の低減度を定量的に測定し、システムのスケジューラビリティへの影響を評価すること。
• 新しい解析が、従来スケジューリング不能であったワークロードを、干渉遅延の過大評価を低減することでスケジューリング可能にするかどうかを実証すること。特に制御およびメモリアクセストラフィックに対して有効である。

提案手法

• 既存のリアルタイム通信解析 [15] を分析し、優先度プリエンプティブなフロー間の干渉モデル化に関連する楽観的評価の原因を同定する。
• リソース競合のタイミング制約を精緻化することで、競合するフロー間の直接干渉をより正確に反映する拡張された干渉モデルを提案する。
• 干渉遅延の過大評価を低減するように、最悪実行時間の上限値を再計算する手法を導入する。
• フローのサイズ、優先度、パス長、フローセットサイズを変化させた複数の合成トラフィックシナリオにおいて、最悪実行時間の上限値を計算するために新しい解析を適用する。
• サイクル単位の精度に達するシミュレーションを用いて、新しい解析と元の手法を比較し、上限値のタイトさと楽観的評価の低減を検証する。
• ハイパーパリオディックなシミュレーション実行を用いて、最悪ケース、平均ケース、最良ケースの実行時間を収集し、解析的上限値と直接比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 既存のリアルタイム解析において、優先度プリエンプティブなトンネルスイッチドNoCに起因する、具体的な楽観的評価の原因は何か？
• RQ2 提案された干渉モデルの精緻化は、最悪実行時間推定における楽観的評価をどのように低減するか？
• RQ3 フローのパラメータ（サイズ、優先度、パス長、フローセットサイズ）が、楽観的評価低減度に与える影響は何か？
• RQ4 新しい解析は、シミュレーション結果と比較して、上限値推定のタイトさをどの程度向上させるか？
• RQ5 提案された解析により、干渉遅延の過大評価を低減することで、従来スケジューリング不能であったトラフィックワークロードがスケジューリング可能になるか？

主な発見

• 提案された解析は、特に低優先度のフローに対して顕著な楽観的評価の低減を達成しており、フローの優先度が低いほど相対的な改善度が増加する。
• 大規模なフローセットに小サイズのフローが長距離パスを通過する場合、楽観的評価の低減が最も顕著であり、一部の構成では最大30％の改善が達成される。
• 新しい手法は、元の解析よりもタイトな上限値を生成する。特に干渉が蓄積される中程度および低優先度のフローにおいて顕著である。
• シミュレーション結果は、新しい解析が高優先度フローにおいて実際の最悪実行時間とよく一致しており、低優先度フローに対してもより良好な一致を示している。
• 解析により、干渉遅延の過大評価が低減されたため、従来スケジューリング不能であったワークロードがスケジューリング可能になった。
• 結果から、間接的干渉モデル化が今後の改善の鍵となる分野であることが示唆され、低優先度シナリオでは依然として残存する楽観的評価が存在する。