[論文レビュー] Buffer-aware Worst Case Timing Analysis of Wormhole Network On Chip

Ahlem Mifdaoui, Hamdi Ayed|arXiv (Cornell University)|Feb 4, 2016

Interconnection Networks and Systems参考文献 11被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、ネットワーク計算を用いてエンドツーエンド遅延をモデル化することで、バッファサイズとパケット長が直接的および間接的ブロッキングに与える影響を明示的に考慮した、ホーリーホールNoCにおけるバッファに配慮した最悪実行時間解析を提案する。ブロッキングフローセットの洗練された定義を導入し、バッファサイズが20バイトを超えるとWCRTの上限に最大30％の向上が得られることを示しており、リアルタイム性能の予測可能性が顕著に向上する。

ABSTRACT

A buffer-aware worst-case timing analysis of wormhole NoC is proposed in this paper to integrate the impact of buffer size on the different dependencies relationship between flows, i.e. direct and indirect blocking flows, and consequently the timing performance. First, more accurate definitions of direct and indirect blocking flows sets have been introduced to take into account the buffer size impact. Then, the modeling and worst-case timing analysis of wormhole NoC have been detailed, based on Network Calculus formalism and the newly defined blocking flows sets. This introduced approach has been illustrated in the case of a realistic NoC case study to show the trade off between latency and buffer size. The comparative analysis of our proposed Buffer-aware timing analysis with conventional approaches is conducted and noticeable enhancements in terms of maximum latency have been proved.

研究の動機と目的

• ホーリーホールNoCにおける既存の最悪実行時間解析がバッファサイズを考慮していないという点を是正する。
• バッファサイズとパケット長の影響を組み込むことで、直接的および間接的ブロッキングの依存関係をより正確にモデル化する。
• バッファ制約を明示的に反映したネットワーク計算に基づく形式的なタイミング解析フレームワークを構築し、リアルタイム性能の予測可能性を向上させる。
• 実際のNoCの事例研究と比較評価を通じて、バッファに配慮した解析の実用的利点を示す。

提案手法

• バッファサイズとパケット長を明示的に考慮した、直接的および間接的ブロッキングフローセットの洗練された定義を導入する。
• ネットワーク計算の形式的枠組みを用いてホーリーホールNoCの動作をモデル化し、バッファ容量に基づいて個々のルータのサービスクーブを導出する。
• 各フローの経路に沿って個々のルータサービスクーブを連結することでエンドツーエンドサービスクーブを計算する。
• 直接的ブロッキング遅延を、アラート曲線とサービスクーブの間の最大水平差分として計算する。
• フロー間の連鎖的依存関係を考慮して、再帰的アルゴリズムを用いて間接的ブロッキング遅延を計算する。
• WoPANetsツールを用いた実際のNoC事例研究を通じて、さまざまなバッファサイズにおける解析的遅延上限を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バッファサイズは、ホーリーホールNoCにおけるトラフィックフロー間のブロッキング関係にどのように影響するか？
• RQ2 直接的および間接的ブロッキングフローのより正確な定義は、最悪実行時間解析を改善できるか？
• RQ3 バッファサイズは、ホーリーホールNoCにおけるエンドツーエンド遅延上限にどのような影響を与えるか？
• RQ4 提案手法のバッファに配慮した解析は、従来の手法と比較してWCRT上限においてどのように異なるか？

主な発見

• 提案手法のバッファに配慮したタイミング解析は、従来手法と比較してWCRT上限に顕著な改善を達成する。
• バッファサイズが少なくとも20バイトに達すると、解析的遅延上限に顕著な向上が見られ、最大遅延が少なくとも30％低減する。
• モデルは、バッファサイズの増加が連鎖的ブロッキング効果を軽減することで、最悪ケースのエンドツーエンド遅延を低減することを示している。
• 間接的ブロッキング遅延計算の再帰的アルゴリズムは、時間計算量がO(card(F)²)であり、実用的なNoCトポロジに適している。
• 結果は、バッファサイズがタイミング予測可能性を決定づける重要な要因であり、リアルタイムNoC設計において明示的にモデル化すべきであることを確認している。