[논문 리뷰] Link Quality Aware Pathfinding for Chiplet Interconnects

Aaron Yen, Jooyeon Jeong외 1명|arXiv (Cornell University)|2026. 03. 12.

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한 줄 요약

이 논문은 칩렛 인터커넥트에 대한 ECC 오버헤드를 모델링하는 흐름을 제시하고, 도달 범위(reach), 해안선(shoreline), 대역폭 제약 하에서 링크 기술을 할당하기 위해 CP-SAT를 사용하며, CRC와 ARQ가 있는 RS-FEC를 사용해 전달 BER 목표를 최적화한다.

ABSTRACT

As chiplet-based integration advances, designers must select among short-reach die-to-die interconnect technologies with widely varying shoreline and areal bandwidth density, energy per bit, reach, and raw bit error rate (BER). Meeting stringent delivered BER targets in chiplet systems requires error-correcting codes (ECC), but incurs energy, area, and throughput overheads. We develop a flow centered around RTL synthesis power and area estimations to support pathfinding of inter-chiplet links under a stringent 10-27 delivered BER target. We synthesize a parameterized Reed-Solomon code with CRC-64 and Go-Back-N retry logic to estimate the correction overhead for different transceiver bit error rates. Results show that ECC can materially change link comparisons under common figures of merit and that CRC+ARQ can reduce the required RS strength (and decoder overhead) at moderate BERs while still meeting stringent delivered-BER targets. We present a CP-SAT-based link assignment formulation that uses these ECC-corrected metrics under reach, delivered-bandwidth, and shoreline constraints in system-level optimization.

연구 동기 및 목표

• 에지 간 비교에서 엄격한 전달-BER 목표를 고려할 때 오류 정정 코드(ECC)를 accounting해야 한다는 필요성 동기 부여.
• BER 조건 전반에 걸친 RS-FEC, CRC, 및 ARQ의 에너지, 면적, 처리량 오버헤드를 정량화한다.
• 시스템 수준 최적화를 위한 ECC 보정 링크 메트릭을 개발한다.
• 도달 범위(reach), 해안선(shoreline), 대역폭 제약 하에서 네트를 링크 유형에 매핑하는 CP-SAT 기반 링크 할당 도구를 제공한다.

제안 방법

• CRC64와 Reed-Solomon FEC 및 Go-Back-N ARQ를 사용하여 전달 BER 목표를 달성하는 FEC 스택을 모델링한다.
• K를 다르게 하여 RS(86,K) 코드를 합성하고 포스트-FEC BER 목표를 meeting; FEC 전용 모드와 FEC+CRC+ARQ 모드에서 포스트-FEC 및 전달 BER를 계산한다.
• 이항 꼬리(binomial tails)를 사용하는 프레임 기반의 신뢰성 및 좋음(goodput) 모델을 개발하여 에너지, 면적, 처리량 오버헤드를 추정한다.
• CRC64 및 Go-Back-N 재전송 로직을 합성하고, 이들의 면적과 에너지를 추정하여 전달 비트 메트릭에 통합한다.
• Shoreline 및 reach 제약 하에서 에너지와 면적의 가중합을 최소화하는 CP-SAT 기반 링크 할당 형식을 작성한다.
• 다양한 BER에서 ECC 메트릭을 7nm에서 3nm로 확장하고 다양한 인터커넥트 라이브러리(전기/광학)를 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ECC 오버헤드(FEC, CRC, ARQ)가 칩렛 인터커넥트의 전달 BER, 좋은 처리량(goodput), 에너지 및 면적에 어떠한 영향을 미치는가?
• RQ2 ECC 보정 메트릭이 서로 다른 BER 및 도달 규칙에서 링크 성능 순위에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 ECC 오버헤드를 고려하면서 도달, 해안선, 대역폭 제약 하에서 CP-SAT 기반 링크 할당 프레임워크가 넷을 링크 유형에 최적으로 매핑할 수 있는가?
• RQ4 FEC 전용과 FEC+CRC+ARQ 구성 간의 에너지, 면적 및 전달 처리량 측면의 트레이드오프는 무엇인가?
• RQ5 7nm 대 3nm 공정 노드가 ECC 관련 비용과 결과적인 링크 할당에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• ECC는 링크 비교를 실질적으로 바꿀 수 있으며, 전달 BER 목표는 더 나쁜 포스트-FEC BER에서 더 높은 RS 강도 및 디코더 오버헤드를 요구한다.
• CRC+ARQ는 RS 강도와 디코더 에너지를 완화시키면서도 촘촘한 전달 BER 목표를 충족시킬 수 있어 중간 BER에서 좋은 처리량을 향상시킨다.
• CRC는 일정한 전달 BER 목표에서 더 약한 RS 코드를 허용하게 하여 전달당 에너지를 줄이고 전달 처리량 밀도를 증가시킨다.
• ECC 보정 메릭스를 사용하는 CP-SAT 기반 링크 할당은 도달, 해안선, 대역폭 제약 하에서 시스템 전력 및 면적을 최소화하도록 넷을 링크 유형에 매핑할 수 있다.
• 도시광 링크는 칩렛 규모에서 여전히 에너지 비효율적이며, 전기 링크는 짧은 거리에서 유리하다; 토폴로지 요구가 증가함에 따라 최적화자는 고성능 광학 링크로 이동한다.
• 분석은 합성 기반 ECC 특성(RS(86,K), CRC64, Go-Back-N)을 포함하고 시스템 수준 최적화를 위한 ECC 인식 전달 메트릭을 제공한다.