[논문 리뷰] Buffer-aware Worst Case Timing Analysis of Wormhole Network On Chip

Ahlem Mifdaoui, Hamdi Ayed|arXiv (Cornell University)|2016. 02. 04.

Interconnection Networks and Systems참고 문헌 11인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 워밍홀 NoC의 최악의 경우 시간 분석을 위해 네트워크 계산을 사용하여 종단 간 지연을 모델링하고, 버퍼 크기와 패킷 길이의 영향을 명시적으로 고려하여 버퍼 인지 최악의 경우 응답 시간 분석을 제안한다. 직접 및 간접 블로킹에 영향을 미치는 요소를 정교하게 정의하며, 버퍼 크기가 20바이트를 초과할 경우 최악의 경우 응답 시간 경계에서 최대 30% 향상되는 결과를 보이며, 실시간 성능 예측 가능성에 크게 기여한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 기존 워밍홀 NoC의 최악의 경우 시간 분석에서 버퍼 크기를 고려하지 않은 점을 보완한다.
• 버퍼 크기와 패킷 길이의 영향을 반영하여 직접 및 간접 블로킹 의존성의 정확도를 향상시킨다.
• 버퍼 제약 조건을 고려한 네트워크 계산 기반의 공식적인 시간 분석 프레임워크를 개발하여 실시간 성능 예측 가능성을 향상시킨다.
• 실제적인 NoC 사례 연구와 비교 평가를 통해 버퍼 인지 분석의 실용적 이점을 입증한다.

제안 방법

• 버퍼 크기와 패킷 길이를 명시적으로 고려한 직접 및 간접 블로킹 플로우 집합의 정교한 정의를 도입한다.
• 네트워크 계산 체계를 사용하여 워밍홀 NoC 동작을 모델링하고, 버퍼 용량에 기반한 개별 라우터의 서비스 곡선을 유도한다.
• 각 플로우 경로를 따라 개별 라우터 서비스 곡선을 연결하여 종단 간 서비스 곡선을 계산한다.
• 도착 곡선과 서비스 곡선 간의 최대 수평 이격을 직접 블로킹 지연으로 계산한다.
• 플로우 간의 연쇄적 의존성을 고려하여 간접 블로킹 지연을 계산하기 위한 재귀 알고리즘을 사용한다.
• WoPANets 도구를 사용하여 다양한 버퍼 크기에서 분석적 지연 경계를 평가하는 실제적인 NoC 사례 연구에 제안된 모델을 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 버퍼 크기가 워밍홀 NoC 내 트래픽 플로우 간 블로킹 관계에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 직접 및 간접 블로킹 플로우에 대한 더 정확한 정의가 최악의 경우 시간 분석을 향상시킬 수 있는가?
• RQ3 버퍼 크기가 워밍홀 NoC의 종단 간 지연 경계에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 제안된 버퍼 인지 분석은 기존 방법에 비해 최악의 경우 응답 시간 경계에서 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 제안된 버퍼 인지 시간 분석은 기존 방법에 비해 최악의 경우 응답 시간 경계에서 뚜렷한 향상을 이룬다.
• 버퍼 크기가 최소 20바이트 이상일 경우 분석적 지연 경계에서 상당한 향상이 나타나며, 최대 지연에서 최소 30% 감소를 보인다.
• 모델은 버퍼 크기를 증가시켜 연쇄적 블로킹 효과를 완화함으로써 최악의 종단 간 지연를 감소시킴을 입증한다.
• 간접 블로킹 지연 계산을 위한 재귀 알고리즘의 시간 복잡도는 O(card(F)²)이며, 실용적인 NoC 토폴로지에 대해 실현 가능하다.
• 결과는 버퍼 크기가 시간 예측 가능성 결정에 중요한 요소임을 확인하며, 실시간 NoC 설계에서 명시적으로 모델링되어야 한다.