Кіріспе
Интегралдық схемадағы электрондық байланыс жүйесі
Чиптегі желі немесе чиптегі желі (NoC, /ɛ//n/, /oʊ/'s//iː/ enohSEE немесе /n//ɒ//k/ knock) – интегралдық схемада ("микрочип") желілік негіздегі байланыс жүйесі, көбінесе чиптегі жүйедегі (SoC) модульдер арасында. Интегралдық схемадағы модульдер әдетте жартылай өткізгіш IP ядролары болып табылады, компьютерлік жүйенің әртүрлі функцияларын жүзеге асырады және желілік ғылым тұрғысынан модулдік құрылымға ие. Чиптегі желі – SoC модульдері арасындағы маршрутизаторға негізделген пакеттік коммутация желісі. NoC технологиясы компьютерлік желілердің теориясы мен әдістерін чиптегі байланысқа қолданады және дәстүрлі шиналық және қиылысқан байланыс архитектураларымен салыстырғанда айтарлықтай жетістіктерге жетеді. Чиптегі желілер көптеген желілік топологияларда келеді, олардың көпшілігі 2018 жылға дейін тәжірибелік сипатта болып келді. 2000-шы жылдарда зерттеушілер шиналық дизайнның масштабталу мәселелерін шешу үшін пакеттік коммутация желілері түрінде чиптегі өзара байланыстың түрін ұсына бастады. Алдыңғы зерттеулер сымдарды бағыттаудың орнына дерек пакеттерін бағыттайтын дизайнды ұсынды. 2002 жылы "чиптегі желілер" ұғымы енгізілді. NoC басқа байланыс жүйелерімен салыстырғанда чиптегі жүйелердің масштабталуын және күрделі SoC-тердің қуат тиімділігін жақсартады. Бұл дамып келе жатқан технология, алдағы уақытта көп ядролы компьютерлік архитектуралар кеңінен таралған сайын үлкен өсім күтілуде.
Құрылымы
NoC-тер синхронды және асинхронды сағат домендерін қамти алады, бұл сағат домендері арасындағы өту деп аталады, немесе сағаттан тәуелсіз асинхронды логиканы пайдалана алады. NoC-тер глобалды асинхронды, жергілікті синхронды электроника архитектурасын қолдайды, соның арқасында чиптегі жүйенің әрбір процессорлық ядросы немесе функционалдық торабы өз сағат доменіне ие болу мүмкіндігіне жетеді.
Архитектуралар
NoC архитектуралары, әдетте, өзара байланыс сымдарының санын, ұзындығын, алаңын және қуат тұтынуын, сондай-ақ нүктеден нүктеге қосылыстарды шектеу мақсатында сирегірек шағын әлем желілерін (SWN) және масштабсыз желілерді (SFN) модеделдейді.
Топология
Топология физикалық орналасуын және түйіндер мен каналдар арасындағы байланыстарды анықтайды. Хабар секірістер арқылы жүзеге асады, және әрбір секірістің канал ұзындығы топологияға байланысты. Топология кешігуге және қуат тұтынуға маңызды әсер етеді. Бұдан әрі, топология түйіндер арасындағы балама жолдардың санын анықтайтындықтан, ол желі трафигінің таралуына, демек желінің еніне және қол жеткізілген өнімділікке әсер етеді.
Артықшылықтары
Дәстүрлі түрде, интегралдық схемалар (ИС) әр сигналға арналған жеке сымдармен, нүктеден нүктеге қосылымдар арқылы жобаланған. Бұл тығыз желі топологиясына алып келеді. Әсіресе үлкен жобалар үшін, физикалық жобалау тұрғысынан бірнеше шектеулер туындайды. Ол өзара байланыстар санының квадратына пропорционал қуатты талап етеді. Сымдар чиптің көп бөлігін алып жатыр, ал нанометрлік CMOS технологиясында өзара байланыстар өнімділік пен динамикалық қуатты шығындарына үлкен әсер етеді, себебі сигналдың чип ішіндегі сымдар арқылы таралуы бірнеше сағат циклдарын қажет етеді. Бұл схемадағы паразиттік сыйымдылықтың, кедергінің және индуктивтіліктің артуына да мүмкіндік береді. (Нүктеден нүктеге қосылымдар үшін сымдарды орнату талаптарын талқылау үшін Рент ережесіне жүгініңіз). Коммуникациялық қосалқы жүйедегі өзара байланыстардың сиректігі және жергіліктілігі дәстүрлі шиналық және көлденең арқалық жүйелерімен салыстырғанда бірнеше артықшылықтар ұсынады.
Паралельдік және масштабталуы
Чиптегі желідегі сымдар көптеген сигналдармен ортақ пайдаланылады. NoC-дегі барлық деректер байланыстары әртүрлі деректер пакеттерімен бір уақытта жұмыс істей алатындықтан жоғары деңгейдегі параллелизмге қол жеткізіледі. Сондықтан интеграцияланған жүйелердің күрделілігі арта түскен сайын, NoC бұрынғы байланыс архитектураларымен (мысалы, арналған нүктеден нүктеге сигнал сымдары, ортақ шиналар немесе көпірлермен сегменттелген шиналар) салыстырғанда жақсартылған өнімділік (мысалы, өткізу қабілеті) және кеңейтімділікке мүмкіндік береді. Алгоритмдер үлкен параллелизмді қамтамасыз ететін және осылайша NoC мүмкіндіктерін толық пайдалана алатын етіп жобалануы керек.
Қазіргі зерттеулер
Кейбір зерттеушілер NoC-тер қызмет сапасын (QoS) қолдау керек деп санайды, атап айтқанда, өткізу қабілеті, аяқтау кешігуі, әділдік және мерзімдер сияқты әртүрлі талаптарды қанағаттандыру керек. Аудио және бейне ойнатуды қоса алғанда, нақты уақыт есептеулер QoS қолдауын ұсынудың бір себебі болып табылады. Дегенмен, VxWorks, RTLinux немесе QNX сияқты қазіргі жүйелер арнайы аппараттық құралдарсыз мильсекундтық нақты уақыт есептеулерді жүзеге асыра алады. Бұл көптеген нақты уақыт қолданбалары үшін чиптердегі ағымдағы өзара байланыс инфрақұрылымының қызмет сапасы жеткілікті екенін көрсетеді, ал микросекундтық дәлдікке жету үшін арнайы аппараттық логика қажет болуы мүмкін, бірақ мұндай дәлдік соңғы пайдаланушылар үшін көбінесе қажет емес (дыбыс немесе бейнедегі кешігу тек миллисекундтың оннан бір бөлігіне дейін кепілдік беруді қажет етеді). NoC деңгейіндегі қызмет сапасының (QoS) тағы бір мақсаты – көпшілік бұлттық есептеу инфрақұрылымында бір чиптік мультипроцессордың ресурстарын бөлісетін бірнеше бір мезгілдегі пайдаланушыларды қолдау. Мұндай жағдайларда аппараттық QoS логикасы қызмет провайдеріне пайдаланушыға көрсетілетін қызмет деңгейі бойынша келісімшарттық кепілдік беруге мүмкіндік береді, бұл кейбір корпоративтік немесе мемлекеттік клиенттер үшін қажетті мүмкіндік болуы мүмкін. Барлық деңгейде – физикалық байланыс деңгейінен бастап желі деңгейіне дейін, сондай-ақ жүйелік архитектура мен қолданбалы бағдарламалық қамтамасыз етуге дейін – әлі де шешілуді күтіп тұрған көптеген күрделі зерттеу мәселелері бар. Чиптердегі желілерге арналған алғашқы арнайы ғылыми симпозиум 2007 жылдың мамыр айында Принстон университетінде өтті. Чиптердегі желілерге арналған екінші IEEE халықаралық симпозиумы 2008 жылдың сәуірінде Ньюкасл университетінде өткізілді. Интегралды оптикалық толқын жетектері мен чиптегі оптикалық желі құрамына кіретін құрылғылар (ONoC) бойынша зерттеулер жүргізілді. NoC өнімділігін арттырудың бір жолы – чиплеттер арасында сымсыз байланыс арналарын пайдалану, бұл чиптегі сымсыз желі (WiNoC) деп аталады.
Қосымша пайдалары
Көп өзекті жүйеде, NoC арқылы байланысқанда, когеренттілік хабарламалары мен кэштен қателік сұраныстары коммутаторлар арқылы өтуі керек. Сәйкесінше, коммутаторларға болашақта қай ядролар қай кэш блоктарын сұрайтынын анықтау үшін қарапайым іздеу және жіберу элементтерін қосуға болады. Содан кейін жіберу элементтері кез келген сұралған блокты болашақта оны сұрауы мүмкін барлық ядроларға көптеп таратып жібереді. Бұл механизм кэштен қателіктердің жиілігін азайтады.
Салыстырмалы көрсеткіштер
NoC әзірлеу және зерттеулер әртүрлі ұсыныстар мен нұсқаларды салыстыруды қажет етеді. Мұндай бағалауларға көмектесу үшін NoC трафик үлгілері жасалуда. Қазіргі қолданыстағы NoC өлшемдеріне NoCBench және MCSL NoC Traffic Patterns кіреді.
Бір-бірімен байланысты өңдеу блогы
Интерконекті өңдеу блогы (IPU) – бір микросхемадағы аппараттық және бағдарламалық компоненттерді қамтитын, байланыс және синхронизация қаражаттары арқылы әртүрлі жүйе-чип бағдарламалау үлгілерінің негізгі функцияларын бірлесіп іске асыратын және заманауи гетерогендік қолданбалардағы кеңейтілген мүмкіндіктерді қамтамасыз ететін төмен деңгейлі платформалық қызметтерді ұсынатын байланыс желісі.