[论文解读] Evaluation of silicon consumption for a connectionless Network-on-Chip

Marcelo Daniel Berejuck, Antônio Augusto Fröhlich|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 2014

Interconnection Networks and Systems参考文献 18被引用 3

一句话总结

该论文提出了一种无连接的片上网络（NoC）架构，通过在每个信元中嵌入路由信息，实现可变速率多媒体流量的传输，支持多个流在无专用连接的情况下动态复用。在高负载（80%）条件下，该方法的平均延迟低于资源预留型网络，并在FPGA和ASIC实现中均表现出优异的硅片面积效率，详细评估了面积与功耗的权衡。

ABSTRACT

We present the design and evaluation of a predictable Network-on-Chip (NoC) to interconnect processing units running multimedia applications with variable-bit-rate. The design is based on a connectionless strategy in which flits from different communication flows are interleaved in the same communication channel between routers. Each flit carries routing information used by routers to perform arbitration and scheduling of the corresponding output communication channel. Analytic comparisons show that our approach keeps average latency lower than a network based on resource reservation, when both networks are working over 80% of offered load. We also evaluate the proposed NoC on FPGA and ASIC technologies to understand the trade-off due to our approach, in terms of silicon consumption.

研究动机与目标

• 设计一种可预测的无连接NoC，用于连接运行可变速率多媒体应用的处理单元。
• 与传统资源预留型NoC方法相比，降低高网络负载下的延迟。
• 在FPGA和ASIC技术中评估硅片面积与功耗消耗的权衡。
• 通过消除连接建立开销并支持动态流复用，实现高效的硬件资源利用。

提出的方法

• NoC采用基于信元的通信模型，每个信元包含嵌入式路由信息，用于动态通道仲裁与调度。
• 路由器根据每个信元中的路由头信息选择输出通道，无需连接建立或虚电路。
• 该架构支持多个通信流在共享物理通道上的复用，提高链路利用率。
• 通过分析模型比较无连接型与资源预留型NoC在不同负载条件下的平均延迟。
• 采用FPGA和ASIC实现以评估硅片面积、延迟和功耗消耗。
• 评估包括在80%负载下对面积开销与性能的对比分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高网络负载（80%）条件下，无连接型NoC与资源预留型NoC相比，其平均延迟表现如何？
• RQ2 无连接型NoC在FPGA和ASIC技术中的硅片面积消耗是多少？
• RQ3 在信元中嵌入路由信息如何影响硬件复杂度与资源利用率？
• RQ4 无连接型NoC能否为可变速率多媒体流量维持可预测的性能？
• RQ5 所提出的NoC设计中，延迟、面积与功耗效率之间的权衡关系如何？

主要发现

• 当两者均在80%负载下运行时，无连接型NoC的平均延迟低于资源预留型NoC。
• 所提出的NoC表现出有利的硅片面积消耗，FPGA和ASIC实现的详细面积分解结果已报告。
• 由于无需连接建立和虚通道，硬件复杂度降低，资源利用率提高。
• 由于采用逐信元的路由决策，该设计可为可变速率多媒体工作负载维持可预测的性能。
• FPGA和ASIC评估结果证实，无连接方法在性能与硅片面积之间提供了可行的权衡。