Giải pháp mạng trên chip tái cấu hình dùng cho các hệ thống phức hợp luận án TS kỹ thuật điện, điện tử và viễn thông 625202

Ki‚n tróc bº ành tuy‚n ¢ ÷æc mæ h…nhhâa b‹ng ngæn ngœ phƒn cøng VHDL ð møc chuy”n dàch thanh ghi RTL: Register Transfer Level v thüc thi vîi cæng ngh» CMOS 130nm cıa h¢ng Global Foundry

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Lê Văn Thanh Vũ

GIẢI PHÁP MẠNG TRÊN CHIP TÁI CẤU HÌNH

DÙNG CHO CÁC HỆ THỐNG PHỨC HỢP

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ

KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG

Hà Nội – 2017

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Lê Văn Thanh Vũ

GIẢI PHÁP MẠNG TRÊN CHIP TÁI CẤU HÌNH

DÙNG CHO CÁC HỆ THỐNG PHỨC HỢP

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử

Mã số: 62 52 02 03

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ

KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA

HỌC:

1 PGS.TS Trần Xuân Tú

2 PGS.TS Ngô Diên Tập

Hà Nội – 2017

Cæng tr…nh ÷æc ho n th nh t⁄i Khoa i»n tß - Vi„n thæng, Tr÷íng ⁄i håc Cæng ngh», ⁄i håc QuŁc gia H Nºi.

Ng÷íi h÷îng d¤n khoa håc:

1. PGS.TS Trƒn Xu¥n Tó

2. PGS.TS Ngæ Di¶n T“p

Ph£n bi»n 1: PGS.TS Ho ng Trang

Ph£n bi»n 2: TS Nguy„n Ngåc Minh

Ph£n bi»n 3: TS Nguy„n Vô Th›ng

Lu“n ¡n s‡ ÷æc b£o v» tr÷îc Hºi çng c§p nh n÷îc ch§m lu“n ¡n ti‚n s¾håp t⁄i: PhÆng 212, Nh E3, Tr÷íng ⁄i håc Cæng ngh» - HQG H Nºi v o hçi 13gií 30 ng y 21 th¡ng 12 n«m 2017

Câ th” t…m hi”u lu“n ¡n t⁄i:

- Th÷ vi»n QuŁc gia Vi»t Nam

- Trung t¥m Thæng tin - Th÷ vi»n, ⁄i håc QuŁc gia H Nºi

L˝I CAM OAN

T¡c gi£ xin cam oan to n bº nºi dung tr…nh b y trong lu“n ¡n v c¡c cængtr…nh nghi¶n cøu l cıa ri¶ng t¡c gi£ v nhâm c¡n bº h÷îng d¤n gçm PGS.TS.Trƒn Xu¥n Tó v PGS.TS Ngæ Di¶n T“p C¡c sŁ li»u v k‚t qu£ tr…nh b ytrong lu“n ¡n l trung thüc v ch÷a tłng ÷æc ai cæng bŁ trong b§t ký cæng tr…

nh n o tr÷îc â

L¶ V«n Thanh Vô

L˝IC MÌN

” ho n th nh lu“n ¡n n y tæi xin gßi líi c£m ìn ch¥n th nh ‚n PGS.TS.Trƒn Xu¥n Tó - ng÷íi r§t t“n t…nh, t“n t¥m gióp ï v t⁄o måi i•u ki»n thu“n læinh§t cho tæi trong suŁt qu¡ tr…nh thüc hi»n lu“n ¡n Tæi công xin b y tälÆng bi‚t ìn s¥u s›c tr÷îc nhœng gióp ï v âng gâp þ ki‚n quþ b¡u cıa PGS.TS.Ngæ Di¶n T“p ” tæi ho n th nh ÷æc lu“n ¡n n y

Tæi xin ch¥n th nh c£m ìn c¡c thƒy cæ, c¡c c¡n bº cıa PhÆng th‰nghi»m trång i”m H» thŁng t‰ch hæp thæng minh, Tr÷íng ⁄i håc Cængngh», ⁄i håc QuŁc gia H Nºi ¢ t⁄o i•u ki»n thu“n læi v hØ træ tæi trong qu¡ tr…

nh thüc hi»n lu“n ¡n Xin ch¥n th nh c£m ìn c¡c thƒy cæ ð Khoa i»n tß Vi„nthæng, Tr÷íng ⁄i håc Cæng ngh», °c bi»t l c¡c thƒy cæ ð Bº mæn i»n tß v Kÿthu“t M¡y t‰nh ¢ gi£ng d⁄y v t⁄o måi i•u ki»n thu“n læi cho tæi trong suŁt thíigian håc t“p v nghi¶n cøu t⁄i Nh tr÷íng

Tæi công ch¥n th nh c£m ìn sü hØ træ c£ v“t ch§t v tinh thƒn cıa Tr÷íng

⁄i håc Khoa håc ⁄i håc Hu‚; Khoa i»n tß Vi„n thæng cıa Tr÷íng ⁄i håc Khoa håc

⁄i håc Hu‚

CuŁi còng, tæi xin c£m ìn ‚n Væ v Con - Phan Thà H⁄nh Nguy¶n v L¶

Vô B£o Ngåc l nguçn ºng lüc væ t“n ” tæi vœng b÷îc tr¶n con ÷íng nghi¶ncøu v thüc hi»n lu“n ¡n çng thíi, tæi công muŁn gßi líi c£m ìn ‚n Cha Mµ vc¡c anh chà em ¢ ºng vi¶n gióp ï tæi trong thíi gian qua v c£ trong t÷ìng lais›p tîi

1.3.21.3.31.4 Gi£i thu“t ành tuy‚n1.4.1

1.4.21.4.31.4.41.5 K‚t lu“n ch÷ìngCh÷ìng 2:

2.1 H» thŁng tr¶n chip v ành h÷îng t¡i c§u h…nh2.2 V§n • t¡i c§u h…nh Łi vîi m⁄ng tr¶n chip2.2.1

2.2.22.3 Mºt sŁ ki‚n tróc m⁄ng tr¶n chip t¡i c§u h…nh i”n h…nh

2.3.22.4 C¡c v§n • cƒn quan t¥m khi x¥y düng gi£i ph¡p truy•n thæng

t¡i c§u h…nh

2.4.12.4.22.5 TŒng k‚t ch÷ìngCh÷ìng 3:

3.1 Cì sð thüc hi»n gi£i ph¡p t¡i c§u h…nh3.1.1

3.1.23.2 Gi£i ph¡p c“p nh“t thæng tin ành tuy‚n3.2.1

3.2.23.2.3

3.3 Ki‚n tróc bº ành tuy‚n t¡i c§u h…nh • xu§t3.3.1

3.3.23.3.33.4 Mæ h…nh hâa, ki”m chøng v thüc thi3.4.1

3.4.23.5 K‚t lu“n ch÷ìngCh÷ìng 4:

ph¡p t¡i c§u h…nh

4.1 Ho⁄t ºng ¡nh gi¡ hi»u n«ng truy•n thæng m⁄ng tr¶n chip4.1.1

4.1.24.2 ¡nh gi¡ ho⁄t ºng truy•n thæng tr¶n chip4.2.1

ii

4.2.2

4.2.34.3 ¡nh gi¡ gi£i ph¡p t¡i c§u h…nh m⁄ng tr¶n chip4.3.1

4.3.24.4 K‚t lu“n ch÷ìngK‚t lu“n v h÷îng ph¡t tri”n

Danh möc cæng tr…nh khoa håc cıa t¡c gi£ li¶n quan ‚n lu“n ¡n 120

T i li»u tham kh£o

iii

Danh möc c¡c kþ hi»u v chœ vi‚t t›t

Danh s¡ch b£ng

1.1 So s¡nh ÷u nh÷æc i”m cıa bus v m⁄ng tr¶n chip [25]

2.1 B£ng tâm t›t c¡c cæng tr…nh m⁄ng tr¶n chip t¡i c§u h…nh

3.1 B£ng c¡c tr⁄ng th¡i ho⁄t ºng cıa cŒng v o v cŒng ra

3.2 B£ng so s¡nh k‚t qu£ thüc thi bº ành tuy‚n cıa RNoC v mºt

sŁ cæng tr…nh kh¡c

4.1 Thæng sŁ cıa m⁄ng tr¶n chip trong mæ phäng ¡nh gi¡

4.2 Thæng sŁ cıa m⁄ng tr¶n chip t¡i c§u h…nh trong mæ phäng ¡nh gi¡1094.3 T i nguy¶n truy•n thæng trong mØi bº ành tuy‚n

vii

Danh s¡ch h…nh v‡

2.9 Li¶n k‚t nŁi giœa c¡c bº ành tuy‚n trong d⁄ng l÷îi hai chi•u

2D-mesh [75] 53

2.10 Gi£i ph¡p dàch chuy”n t¡c vö truy•n thæng [51] 54

2.11 Gi£i ph¡p thu hçi t i nguy¶n cıa ROAdNoC [17] 55

2.12 Gi£i ph¡p ành tuy‚n ph¥n t¡n tr¶n cì sð logic (LBDR) [19] 56

2.13 Nguy¶n lþ ki‚n tróc bº ành tuy‚n k‚t hæp DyAD 57

2.14 Gi£i thu“t ành tuy‚n vÆng trong DyNoC [7] 58

3.1 M⁄ng tr¶n chip d⁄ng l÷îi hai chi•u k‰ch th÷îc 5 5 vîi thu“t to¡n ành tuy‚n XY 65

3.2 Bº ành tuy‚n c«n b£n cho m⁄ng tr¶n chip 2D-mesh 67

3.3 C§u tróc gâi tin 68

3.4 C“p nh“t ành tuy‚n khi bº ành tuy‚n bà c§m n‹m tr¶n o⁄n thflng ành tuy‚n (tr÷íng hæp A) 71

3.5 Thæng tin tr÷íng ành tuy‚n t÷ìng øng vîi H…nh 3.4 71

3.6 C“p nh“t ành tuy‚n khi bº ành tuy‚n bà c§m n‹m t⁄i gâc ành tuy‚n (tr÷íng hæp B) 72

3.7 Thæng tin tr÷íng ành tuy‚n t÷ìng øng vîi H…nh 3.6 73

3.8 C“p nh“t ành tuy‚n khi bº ành tuy‚n bà c§m ð l¥n c“n gâc ành tuy‚n (tr÷íng hæp C) 74

3.9 Thæng tin tr÷íng ành tuy‚n t÷ìng øng vîi H…nh 3.8a 74

3.10 Thæng tin tr÷íng ành tuy‚n t÷ìng øng vîi H…nh 3.8b 75

3.11 Ki‚n tróc bº ành tuy‚n câ th” t¡i c§u h…nh • xu§t 77

3.12 Cì ch‚ chuy”n tr⁄ng th¡i cıa bº ành tuy‚n RNoC 78

3.13 Ki‚n tróc chi ti‚t cıa khŁi cŒng lŁi v o 80

3.14 L÷u ç ho⁄t ºng cıa khŁi cŒng lŁi v o 81

3.15 Ki‚n tróc chi ti‚t cıa khŁi cŒng lŁi ra 83

3.16 L÷u ç ho⁄t ºng cıa khŁi cŒng lŁi ra 84

3.17 Ki‚n tróc chi ti‚t cıa khŁi cŒng £o thüc thi t¡i c§u h…nh 85

3.18 Qu¡ tr…nh thüc hi»n gi£i ph¡p m⁄ng tr¶n chip t¡i c§u h…nh 86

3.19 Chi ti‚t ki‚n tróc bº ành tuy‚n cho RNoC 87

3.20 Sì ç tr⁄ng th¡i cıa m¡y tr⁄ng th¡i hœu h⁄n cho khŁi cŒng lŁi v o 88

3.21 Sì ç tr⁄ng th¡i cıa m¡y tr⁄ng th¡i hœu h⁄n cho khŁi cŒng lŁi ra 89

ix

4.1 N•n t£ng ¡nh gi¡ truy•n thæng m⁄ng tr¶n chip.

gian thüc thi cıa c¡c ki‚n tróc t¡i c§u h…nh

Mð ƒu

Mæ h…nh truy•n thæng tr¶n chip phŒ bi‚n hi»n n y ÷æc x¥y düng düa

v o k‚t nŁi i”m- i”m, ki‚n tróc bus truy•n thŁng (ho°c ki‚n tróc bus ph¥n tƒng).Vîi ki‚n tróc n y, mºt bº ph¥n xß bus s‡ âng vai trÆ c§p ph¡t quy•n truy c“pbus cho c¡c th nh phƒn truy•n thæng nh‹m tr¡nh c¡c xung ºt trong qu¡ tr…nhtrao Œi thæng tin tr¶n bus Ki‚n tróc truy•n thæng bus câ mºt sŁ h⁄n ch‚ c«nb£n nh÷: b«ng thæng bà giîi h⁄n, kh£ n«ng mð rºng k†m C¡c h» thŁngphøc hæp Æi häi nhu cƒu truy•n thæng cao, vi»c x¥y düng mºt mæ h…nhtruy•n thæng mîi v hi»u qu£ l h‚t søc cƒn thi‚t

M⁄ng tr¶n chip (NoC: Network-on-Chip) ÷æc • xu§t l mºt gi£i ph¡p to ndi»n cho sü ph¡t tri”n cıa c¡c h» thŁng tr¶n chip phøc hæp trong xu th‚ thi‚tk‚ l§y truy•n thæng l m trung t¥m Ki‚n tróc truy•n thæng m⁄ng tr¶n chip thüchi»n c¡c giao t¡c truy•n thæng b‹ng nguy¶n lþ ph¥n o⁄n tr¶n mºt c§u tróc li¶nk‚t gçm nhi•u bº ành tuy‚n, k‚t hæp vîi c¡c kÿ thu“t truy•n thæng phò hæp ”n¥ng cao hi»u qu£ ho⁄t ºng cıa to n h» thŁng Mæ h…nh m⁄ng tr¶n chip choph†p ng÷íi thi‚t k‚ t‰ch hæp ng y c ng nhi•u lªi IP trong mºt h» thŁng nh‹m ¡pøng y¶u cƒu ng y c ng cao cıa c¡c øng döng i•u n y công t⁄o n¶n ¡p lüc thóc'y c¡c nghi¶n cøu nh‹m ho n thi»n mæ h…nh m⁄ng tr¶n chip Trong â, ànhh÷îng nghi¶n cøu ” n¥ng cao kh£ n«ng linh ho⁄t trong truy•n thæng r§t ÷æcquan t¥m nghi¶n cøu nh‹m ¡p øng c¡c y¶u cƒu ph¡t tri”n cıa h» thŁng phøchæp a d⁄ng, t⁄o n¶n c¡c m⁄ng tr¶n chip t¡i c§u h…nh Nghi¶n cøu ho⁄t ºng t¡ic§u h…nh m⁄ng tr¶n chip ¢ v ang ÷æc ph¡t tri”n r§t a d⁄ng düa theo c¡c chøcn«ng truy•n thæng cö th” trong mæ h…nh phƒn lîp; câ th” düa

v o kh£ n«ng qu£n trà h» thŁng ” i•u khi”n qu¡ tr…nh truy•n thæng, ¡p döngc¡c gi£i ph¡p truy•n thæng tü th‰ch øng ho°c c¡c ki‚n tróc bº ành tuy‚n câkh£ n«ng t¡i c§u h…nh cho m⁄ng tr¶n chip Ho⁄t ºng truy•n thæng linh ho⁄tcho m⁄ng tr¶n chip düa tr¶n kh£ n«ng tü th‰ch øng cıa c¡c gi£i ph¡p truy•nthæng hi»n ang ÷æc chó trång ph¡t tri”n vîi nhi•u cæng tr…nh nŒi b“t ¢ ÷æc

1

cæng bŁ trong nhœng n«m gƒn ¥y C¡c gi£i thu“t ành tuy‚n t⁄o n¶n nguy¶n lþlüa chån ÷íng i cıa c¡c giao t¡c truy•n thæng tr¶n t“p c¡c t i nguy¶n truy•nthæng cıa m⁄ng tr¶n chip Ho⁄t ºng c“p nh“t ành tuy‚n s‡ l gi£i ph¡p tŁi ÷u ” vłab£o £m c¡c giao t¡c truy•n thæng tin c“y vîi kh£ n«ng th‰ch øng vîi sü thay

Œi c§u h…nh m⁄ng trong gi£i ph¡p t¡i c§u h…nh v hi»u n«ng truy•n thængcıa ành tuy‚n t¾nh

Möc ti¶u nghi¶n cøu cıa lu“n ¡n l • xu§t gi£i ph¡p t¡i c§u h…nh cho c¡cki‚n tróc truy•n thæng m⁄ng tr¶n chip, câ th” øng döng trong c¡c h» thŁngphøc hæp, câ º t‰ch hæp cao Vi»c x¥y düng ÷æc c¡c gi£i ph¡p t¡i c§u h…

nh cho h» thŁng phøc hæp s‡ cho ph†p ng÷íi thi‚t k‚ x¥y düng ÷æc c¡c ki‚ntróc chung khæng ch¿ mºt øng döng m l mºt d£i øng döng kh¡c nhau Ki‚ntróc • xu§t n y câ th” t¡i c§u h…nh tòy theo thüc tr⁄ng cıa h» thŁng, y¶u cƒu

cö th” cıa øng döng, th“m ch‰ tłng phi¶n b£n cıa mºt øng döng, t⁄o n¶n süm•m d·o, linh ho⁄t trong thi‚t k‚

Łi t÷æng nghi¶n cøu ð ¥y l mæ h…nh m⁄ng tr¶n chip ” ìn gi£n hìn,

mæ h…nh m⁄ng tr¶n chip vîi c§u tróc li¶n k‚t d⁄ng l÷îi hai chi•u (2D-mesh)

÷æc lüa chån Tuy nhi¶n, ph÷ìng ph¡p câ th” mð rºng cho mæ h…nh m⁄ng

ba chi•u (3D) ho°c/v c¡c c§u tróc li¶n k‚t kh¡c

Ho⁄t ºng nghi¶n cøu m⁄ng tr¶n chip t¡i c§u h…nh l mºt h÷îng nghi¶n cøuthi‚t k‚ vi m⁄ch cö th” k‚t hæp vîi qu¡ tr…nh t…m hi”u v x¥y düng mºt gi£i ph¡p

to n di»n cho m⁄ng t¡i c§u h…nh Do v“y, qu¡ tr…nh thüc hi»n lu“n ¡n n y sßdöng ba ph÷ìng ph¡p nghi¶n cøu ch‰nh gçm:

T“p hæp t i li»u li¶n quan v nghi¶n cøu c¡c v§n • li¶n quan ‚n truy•n thæng tr¶n chip v mæ h…nh m⁄ng tr¶n chip ” l m cì sð cho vi»c x¥y düng m⁄ng tr¶n chip, v công l n•n t£ng ” i s¥u nghi¶n cøu ho⁄t ºng t¡i c§uh…nh m⁄ng tr¶n chip

• xu§t c¡c gi£i ph¡p truy•n thæng linh ho⁄t cho ph†p m⁄ng câ kh£ n«ng

tü th‰ch øng vîi c¡c thay Œi c§u h…nh

Sß döng ph÷ìng ph¡p mæ phäng k‚t hæp vîi c¡c cæng cö chuy¶n dòng cho l¾nh vüc thi‚t k‚ vi m⁄ch (nh÷: Modelsim, Design Compiler, ) ” mæ phäng v tŒng hæp thi‚t k‚

Gi£i quy‚t b i to¡n truy•n thæng tr¶n chip c¡c c¡c h» thŁng phøc hæp cƒn

÷æc xem x†t mºt c¡ch câ h» thŁng v câ trång t¥m ” còng h÷îng ‚n gi£i ph¡p

to n di»n Xuy¶n suŁt qu¡ tr…nh nghi¶n cøu thüc hi»n lu“n ¡n, c¡c v§n •

truy•n thæng m⁄ng tr¶n chip ÷æc tŒng hæp v s›p x‚p ” t⁄o cì sð lþ thuy‚t.H÷îng ‚n möc ti¶u trång t¥m l m⁄ng tr¶n chip t¡i c§u h…nh, lu“n ¡n công ¢ tr…

nh b y xu th‚ t¡i c§u h…nh ¡p döng cho h» thŁng tł møc º øng döng công nh÷kh£ n«ng t¡i c§u h…nh truy•n thæng thæng qua c¡c ho⁄t ºng t¡i c§u h…nhm⁄ng tr¶n chip K‚t qu£ ⁄t ÷æc cıa lu“n ¡n n y t“p trung v o ba nºi dung ch‰nhnh÷ sau:

• xu§t gi£i ph¡p t¡i c§u h…nh cho m⁄ng tr¶n chip, cö th” l : gi£i thu“t c“pnh“t thæng tin ành tuy‚n cho m⁄ng tr¶n chip t¡i c§u h…nh câ kh£ n«ng

tü th‰ch øng vîi c¡c thay Œi c§u h…nh do câ bº ành tuy‚n ríi khäi m⁄ng.Gi£i ph¡p c“p nh“t ành tuy‚n cho ph†p thay Œi ÷íng i cıa thæng tin linh ho⁄t ” th‰ch øng vîi c¡c thay Œi c§u h…nh m⁄ng tr¶n chip ngay c£ khi h» thŁng ang ho⁄t ºng çng thíi gi£i ph¡p n y v¤n giœ ÷æc ÷u i”m cıa ho⁄tºng ành tuy‚n t¾nh t⁄i nguçn cho c¡c giao t¡c truy•n thæng khæng t¡i c§u h…nh ” b£o £m ÷æc hi»u qu£ truy•n thæng tŁi ÷u tr¶n to n h» thŁng Ti‚ â, ph¡t tri”n ki‚n tróc bº ành tuy‚n câ kh£ n«ng t¡i c§u h…nh nh‹m thüc thi gi£i ph¡p n¶u tr¶n Ki‚n tróc bº ành tuy‚n ¢ ÷æc mæ h…nhhâa b‹ng ngæn ngœ phƒn cøng VHDL ð møc chuy”n dàch thanh ghi (RTL: Register Transfer Level) v thüc thi vîi cæng ngh» CMOS 130nm cıa h¢ng Global Foundry (Hoa Ký)

Trong lu“n ¡n n y, chóng tæi công ph¡t tri”n ph÷ìng ph¡p mæ h…nh hâa,

mæ phäng a lîp sß döng c¡c ngæn ngœ mæ t£ phƒn cøng kh¡c nhau (C++, SystemC, VHDL) ” x¥y düng n•n t£ng ¡nh gi¡ ho⁄t ºng truy•n thæng m⁄ng tr¶n chip N•n t£ng • xu§t cho ph†p mæ phäng v ¡nh

gi¡ nhanh hi»u n«ng truy•n thæng m⁄ng tr¶n chip vîi c¡c kàch b£n ¡nh gi¡

a d⁄ng cho c£ m⁄ng tr¶n chip v m⁄ng tr¶n chip t¡i c§u h…nh

Lu“n ¡n ÷æc tr…nh b y trong bŁn ch÷ìng vîi ƒy ı c¡c nºi dung li¶n quan

‚n ho⁄t ºng truy•n thæng m⁄ng tr¶n chip v ành h÷îng cho gi£i ph¡p t¡i c§u h…

nh Trong lu“n ¡n c¡c nºi dung tr…nh b y ÷æc s›p x‚p tł cì sð lþ thuy‚t cho ho⁄tºng ºng truy•n thæng tr¶n chip, sau â l phƒn tr…nh b y tŒng quan ành h÷îngnghi¶n cøu t¡i c§u h…nh l m cì sð cho gi£i ph¡p ÷æc • xu§t Gi£i ph¡p t¡i c§uh…nh ÷æc th” hi»n chi ti‚t vîi sü k‚t hæp tł gi£i thu“t c“p nh“t ành tuy‚n vh÷îng ‚n ki‚n tróc thüc thi cıa bº ành tuy‚n Ph÷ìng ph¡p mæ phäng v ¡nhgi¡ ÷æc ÷a ra nh‹m gâp phƒn khflng ành sü hi»u qu£ cıa truy•n thæng m⁄ngtr¶n chip công nh÷ gi£i ph¡p t¡i c§u h…nh ¡p øng cho nhœng y¶u cƒu truy•nthæng phøc hæp cıa h» thŁng

3

Nghi¶n cøu thi‚t k‚ m⁄ng tr¶n chip l mºt ành h÷îng mîi, m phƒn lîn

t i li»u ð d⁄ng c¡c b i b¡o khoa håc ÷æc tr…nh b y theo ành h÷îng nghi¶n cøu

cö th” Do â, lu“n ¡n n y tr…nh b y tŒng quan ho⁄t ºng truy•n thæng m⁄ngtr¶n chip mºt c¡ch ng›n gån, v câ trång t¥m c¡c v§n • li¶n quan ð Ch÷ìng 1.Ho⁄t ºng truy•n thæng m⁄ng tr¶n chip ÷æc tr…nh b y câ trång t¥m tł gâc º tŒchøc m⁄ng, c¡c kÿ thu“t truy•n thæng v c¡c gi£i thu“t ành tuy‚n phò hæp vîic¡c r ng buºc cıa ho⁄t ºng thüc thi tr¶n vi m⁄ch Ch÷ìng 2 tr…nh b y v§n

• t¡i c§u h…nh ” h÷îng ‚n möc ti¶u ch‰nh cıa lu“n ¡n l ho⁄t ºng truy•n thængm⁄ng tr¶n chip t¡i c§u h…nh Trong ch÷ìng n y v§n • t¡i c§u h…nh m⁄ng tr¶nchip ÷æc l m rª tł gâc nh…n tŒng quan ‚n vi»c s›p x‚p ph¥n lo⁄i c¡c h÷îngnghi¶n cøu ¢ ÷æc cæng bŁ

Gi£i ph¡p c“p nh“t ành tuy‚n cho m⁄ng tr¶n chip t¡i c§u h…nh ÷æc mæt£ chi ti‚t trong Ch÷ìng 3 cıa lu“n ¡n Gi£i ph¡p c“p nh“t ành tuy‚n ÷æc x¥ydüng düa tr¶n °c i”m ho⁄t ºng truy•n thæng cıa ki‚n tróc m⁄ng tr¶n chip vîi c§utróc d⁄ng l÷îi hai chi•u 2D-mesh v gi£i thu“t ành tuy‚n t¾nh XY ” b£o £m kh£n«ng th‰ch øng vîi måi tr÷íng hæp thay Œi c§u tróc m⁄ng gi£i ph¡p c“p nh“tành tuy‚n chia l m ba tr÷íng hæp thay Œi thæng tin ành tuy‚n

tr¶n chip cho gi£i ph¡p t¡i c§u h…nh Ch÷ìng 4 t“p trung cho c¡c ho⁄t ºng

¡nh gi¡ truy•n thæng cıa m⁄ng tr¶n chip mºt c¡ch kh¡ch quan theo c¡c chi‚nl÷æc cö th” Tł ho⁄t ºng ¡nh gi¡ truy•n thæng cıa m⁄ng tr¶n chip công l cì sð ”

so s¡nh hi»u qu£ cıa gi£i ph¡p t¡i c§u h…nh trong nhi•u tr÷íng hæp kh¡cnhau

Mºt th¡ch thøc lîn cıa thi‚t k‚ c¡c h» thŁng phøc hæp l kh£ n«ng ¡p øngc¡c y¶u cƒu truy•n thæng gia t«ng nhanh do h» thŁng câ nhi•u chøc n«ng vho⁄t ºng phøc t⁄p i•u n y l m n£y sinh nhi•u h⁄n ch‚ Łi vîi c¡c gi£i ph¡p truy•nthæng tr¶n chip truy•n thŁng (bus chia s·, li¶n k‚t i”m- i”m) Ngo i ra, h»thŁng tr¶n chip cÆn l sü k‚t hæp cıa nhi•u lªi IP câ ho⁄t ºng truy•n thæng kh¡cbi»t (chu'n giao ti‚p, tŁc º, °c i”m); i•u n y cƒn ÷æc gi£i quy‚t mºt c¡ch tri»t ”b‹ng mºt cì ch‚ truy•n thæng linh ho⁄t, h÷îng ‚n sü c¥n b‹ng cıa chi ph‰ vhi»u qu£ Mæ h…nh m⁄ng tr¶n chip (NoC: Network-on-Chip) ÷æc • xu§tnh‹m ¡p øng tŁt hìn c¡c y¶u cƒu truy•n thæng phøc t⁄p trong c¡c h» thŁngtr¶n chip th‚ h» mîi hi»n nay [3] Nhí c¡c ÷u i”m v÷æt trºi v• kh£ n«ng mð rºngki‚n tróc, t¡i sß döng thi‚t k‚ v hi»u qu£ truy•n thæng cao [25] M⁄ng tr¶n chip

÷æc xem l gi£i ph¡p ¡p øng to n di»n y¶u cƒu truy•n thæng c¡c h» thŁngphøc hæp v l xu th‚ ph¡t tri”n cıa l¾nh vüc thi‚t k‚ vi m⁄ch

5

hi»n nay Qua thíi gian nghi¶n cøu ph¡t tri”n, mæ h…nh m⁄ng tr¶n chip công

¢ dƒn ho n thi»n v ÷a ra mºt sŁ s£n ph'm th÷ìng m⁄i nŒi trºi nh÷ dÆng s£nph'm FlexNoC cıa h¢ng Arteris [37], dÆng s£n phƒn CoreLink Interconnect(CMN-600, CCN v CCI) cıa h¢ng ARM [39] DÆng s£n phƒm FlexNoC công

÷æc ph¡t tri”n trong s£n ph'm th÷ìng m⁄i øng döng vi m⁄ch i•u khi”n Œ cøngSSD cıa h¢ng Arteris [38]

H» thŁng tr¶n chip l mºt h» thŁng bao gçm nhi•u th nh phƒn chøc n«ng

÷æc t‰ch hæp tr¶n mºt chip ìn H» thŁng tr¶n chip gçm nhi•u lªi chøc n«ng(lªi IP), nh÷ l : vi xß lþ, bº chuy”n Œi t‰n hi»u (ADC, DAC), bº xß lþ t‰nhi»u sŁ (DSP: Digital Signal Processor, ) ÷æc li¶n k‚t tr¶n mºt ki‚n tróctruy•n thæng phò hæp Ki‚n tróc truy•n thæng cıa h» thŁng tr¶n chip cƒn ¡pøng ƒy ı måi y¶u cƒu trao Œi thæng tin giœa c¡c lªi IP; çng thíi gâp phƒnquan trång ” t⁄o n¶n mºt h» thŁng çng bº, ho⁄t ºng hi»u qu£ v Œn ành H…nh1.1 mæ t£ mºt h» thŁng gçm nhi•u lªi IP giao ti‚p vîi nhau qua ki‚n tróc truy•nthæng m⁄ng tr¶n chip

H…nh 1.1: Mæ h…nh m⁄ng tr¶n chip cì b£n

Theo H…nh 1.1, m⁄ng tr¶n chip ÷æc h…nh th nh tł c¡c th nh phƒn cì b£n:

c¡c lªi IP, ki‚n tróc truy•n thæng m⁄ng tr¶n chip v khŁi giao ti‚p giœa m⁄ng

v lªi IP (NI: Network Interface)

Lªi IP l th nh phƒn thüc thi c¡c ho⁄t ºng chøc n«ng logic cıa h» thŁng ¡pøng cho y¶u cƒu tł c¡c øng döng cö th” C¡c lªi IP câ th” ÷æc nghi¶ncøu v thi‚t k‚ ¡p øng tŁi ÷u cho h» thŁng, v công câ th” ÷æc t¡i sß

B£ng 1.1: So s¡nh ÷u nh÷æci”m cıa bus v m⁄ng tr¶n chip [25]

Khæng gian thüc thi (area) r§t nhä

Xß lþ trung t¥m do â gi£m hi»u qu£

truy•n thæng

Truy•n thæng trüc ti‚p tł nguçn ‚n

‰ch v thæng tin qu£ng b¡ cho måi

th nh phƒn

B«ng thæng giîi h⁄n v

t§t c£ c¡c lªi chøc n«ng

H⁄n ch‚ hØ træ truy•n thæng cho xß

lþ song song thíi gian thüc

Ti¶u hao cæng su§t nhi•u do qu£ng

b¡ thæng tin

Khâ tri”n khai cì ch‚ tü ki”m tra

döng tł c¡c h» thŁng kh¡c mi„n l chu'n giao ti‚p phò hæp vîi h» thŁng hi»n t⁄i

Ki‚n tróc truy•n thæng m⁄ng tr¶n chip l th nh phƒn ch‰nh thüc hi»n chøc n«ng chuy”n ti‚p thæng tin, ÷æc thi‚t l“p b‹ng c¡c bº ành tuy‚n v li¶n k‚t m⁄ng giœa c¡c bº ành tuy‚n

Giao ti‚p m⁄ng câ chøc n«ng k‚t nŁi c¡c lªi IP v o ki‚n tróc truy•n thæng m⁄ng tr¶n chip ” ho n thi»n h» thŁng th nh mºt th” thŁng nh§t ho⁄t ºng

Œn ành v hi»u qu£ Trong xu th‚ thi‚t k‚ l§y truy•n thæng l m trung t¥m, c¡c lªi IP ÷æc t¡i sß döng tł c¡c nguçn kh¡c nhau th… câ th” ho⁄t ºng theonhi•u chu'n giao ti‚p hi»n câ nh÷: AMBA Bus, Avalon Bus, CoreConnect Bus, OCP, Do v“y, giao ti‚p m⁄ng cƒn ÷æc x¥y düng chøc n«ng th

‰ch øng ho⁄t ºng truy•n thæng ” k‚t nŁi chóng v o mºt mæi tr÷íng truy•nthæng vîi cì ch‚ m⁄ng thŁng nh§t

Ki‚n tróc truy•n thæng m⁄ng tr¶n chip l gi£i ph¡p truy•n thæng ¡p øng tŁi

÷u cho c¡c h» thŁng tr¶n chip a chøc n«ng phøc hæp vîi nhi•u ÷u

7

i”m cıa gi£i ph¡p m⁄ng so vîi c¡c gi£i ph¡p truy•n thæng tr¶n chip tr÷îc ¥y(B£ng 1.1) Truy•n thæng m⁄ng tr¶n chip tr¶n cì sð chia nhä ÷íng truy•n giœac¡c lªi IP theo nguy¶n t›c li¶n k‚t i”m- i”m v chia s· t i nguy¶n truy•n thæng mºtc¡ch linh ho⁄t ¢ gi£i quy‚t ÷æc nhi•u h⁄n ch‚ cıa truy•n thæng d⁄ng bus chia s·( ÷íng truy•n qu¡ d i, b«ng thæng h⁄n ch‚, ).

Nh÷ trong mæ t£ ð H…nh 1.1, ki‚n tróc truy•n thæng m⁄ng tr¶n chip l t“phæp c¡c bº ành tuy‚n ÷æc k‚t nŁi theo c§u tróc d⁄ng l÷îi hai chi•u 2D mesh t⁄on¶n mæi tr÷íng truy•n thæng cho ph†p c¡c lªi IP trao Œi thæng tin thængsuŁt v linh ho⁄t thæng qua c¡c giao ti‚p m⁄ng Trong i•u ki»n tr¶n chip, c¡c bºành tuy‚n ÷æc tŁi gi£n ki‚n tróc v chøc n«ng ” ti‚t gi£m chi ph‰ thi‚t k‚

v thüc thi, do â c¡c gi£i ph¡p truy•n thæng công cƒn ÷æc tŁi ÷u phò hæp vîic¡c r ng buºc cıa mæi tr÷íng tr¶n chip V“y n¶n, m⁄ng tr¶n chip ¢ v ang

÷æc nghi¶n cøu ph¡t tri”n ng y c ng a d⁄ng theo nhi•u ành h÷îng nh‹m kh›cphöc c¡c i”m h⁄n ch‚ cÆn tçn t⁄i công nh÷ gia t«ng kh£ n«ng øng döng trongnhi•u l¾nh vüc

” £m b£o kh£ n«ng truy•n thæng tin c“y v thæng suŁt, ki‚n tróc truy•nthæng m⁄ng tr¶n chip công ÷æc x¥y düng vîi °c i”m tŒ chøc cıa m⁄ng truy•nthŁng vîi hai phƒn ch‰nh nh÷ sau:

(A) C¡c th nh phƒn v“t lþ l t“p hæp c¡c th nh phƒn cì b£n thüc hi»n c¡c ho⁄tºng trao Œi thæng tin b¶n trong mæi tr÷íng m⁄ng C¡c th nh phƒn v“t lþ

÷æc qu£n lþ bði t“p hæp c¡c giao thøc truy•n thæng phò hæp ” t⁄o th nhmæi tr÷íng m⁄ng ¡p øng c¡c y¶u cƒu truy•n thæng b¶n trong c¡c h»thŁng tr¶n chip H…nh 1.1 mæ t£ m⁄ng tr¶n chip vîi c¡c th nh phƒn v“t lþbao gçm: c¡c bº ành tuy‚n, li¶n k‚t giœa c¡c bº ành tuy‚n; v khŁi giao ti‚p

bº ành tuy‚n vîi c¡c lªi IP

Bº ành tuy‚n (router) l th nh phƒn ch‰nh trong m⁄ng tr¶n chip, thüchi»n chøc n«ng ành tuy‚n chuy”n ti‚p thæng tin tł nguçn ‚n ‰ch thæng qua c¡c li¶n k‚t v“t lþ Chøc n«ng ch‰nh cıa bº ành tuy‚n l

»m thæng tin, qu£n lþ c§p ph¡t v gi£i phâng t i nguy¶n ¡p øng cho c¡c y¶u cƒu trao Œi thæng tin tł c¡c øng döng cıa h» thŁng Phö thuºc v o y¶u cƒu truy•n thæng, c§u tróc m⁄ng tr¶n chip v c¡c giao thøc sß döng, bº ành tuy‚n b£o £m c¡c y¶u cƒu k‚t nŁi tł b§t ký øng döng n o tr¶n m⁄ng

Li¶n k‚t v“t lþ (physical link) l c¡c ÷íng d¤n t‰n hi»u lan truy•n giœa

c¡c bº ành tuy‚n v giœa bº ành tuy‚n vîi c¡c lªi IP °c t‰nh

cıa li¶n k‚t v“t lþ câ sü phö thuºc lîn v o cæng ngh» ch‚ t⁄o,°c i”m thi‚t k‚ v ph÷ìng ph¡p thüc thi cıa h» thŁng [5].

T“p hæp c¡c th nh phƒn v“t lþ cıa m⁄ng ÷æc bŁ tr‰ s›p x‚p theo nhœngquy lu“t nh§t ành ” ¡p øng tŁi ÷u c¡c y¶u cƒu cıa øng döng t⁄o n¶n c§utróc li¶n k‚t (topology)

(B) Giao thøc truy•n thæng l t“p hæp c¡c giao thøc v gi£i thu“t nh‹m b£o £mc¡c k‚t nŁi giœa c¡c lªi IP thæng qua m⁄ng tr¶n chip v c¥n b‹ng c¡c y¶ucƒu truy•n thæng nh‹m ¡p øng tŁi ÷u cho ho⁄t ºng cıa h» thŁng Giaothøc truy•n thæng cƒn ÷æc x¥y düng phò hæp vîi c¡c th nh phƒn v“t lþ

¢ ÷æc thi‚t k‚ v °c i”m ho⁄t ºng cıa h» thŁng tr¶n chip

Theo cì ch‚ truy•n thæng cıa m⁄ng, giao thøc truy•n thæng t⁄o n¶n t“phæp c¡c nguy¶n t›c trao Œi thæng tin giœa c¡c th nh phƒn cıa h»thŁng T“p giao thøc ÷æc ph¥n lîp chøc n«ng tł møc øng döng giao ti‚pvîi ng÷íi dòng h÷îng ‚n c¡c quy ành cö th” cho lîp v“t lþ trong mæ h…nhtham chi‚u li¶n k‚t h» thŁng mð (OSI reference model) [57]

C¡c th nh phƒn b¶n trong cıa m⁄ng truy•n thæng cƒn câ sü tŒ chøc, s›px‚p theo mºt tr“t tü nh§t ành ” t⁄o n¶n mºt h» thŁng truy•n thæng phò hæp vîiy¶u cƒu cıa øng döng T“p hæp c¡c nguy¶n t›c ” thi‚t l“p c¡c th nh phƒn cıam⁄ng truy•n thæng ÷æc gåi l c§u tróc li¶n k‚t (topology) M⁄ng tr¶n chip lh÷îng ¡p döng nguy¶n lþ trao Œi thæng tin qua mæi tr÷íng m⁄ng v câ th” sßdöng hƒu h‚t c¡c d⁄ng c§u tróc li¶n k‚t m⁄ng truy•n thŁng ¢ câ nh÷: d⁄ng vÆng,d⁄ng l÷îi hai chi•u (2D-mesh), d⁄ng 2D-Torus, d⁄ng h…nh c¥y (Tree hay FatTree), (H…nh 1.2) MØi d⁄ng c§u tróc s›p x‚p •u câ nhœng ÷u nh÷æc i”mkh¡c nhau, do v“y trong vi»c nghi¶n cøu v thi‚t k‚ cƒn câ sü ¡ng gi¡ tŒng th”c¡c c§u tróc li¶n k‚t kh£ d¾ ” h÷îng ‚n mºt c§u tróc phò hæp cho möc ti¶u mh» thŁng øng döng h÷îng ‚n

Vi»c ¡nh gi¡ hi»u qu£ ho⁄t ºng v kh£ n«ng t÷ìng th‰ch cıa c¡c c§u trócli¶n k‚t vîi øng döng h» thŁng v chi ph‰ thi‚t k‚ thüc hi»n ÷æc th” hi»n quac¡c tham sŁ sau [29]:

1. C§p b“c bº ành tuy‚n (router degree): L thæng sŁ ch¿ sŁ l÷æng li¶n k‚tcıa mºt bº ành tuy‚n vîi c¡c bº ành tuy‚n kh¡c trong m⁄ng Trong c¡c c§utróc li¶n k‚t, c§p b“c cıa mØi bº ành tuy‚n câ th” b‹ng nhau

9

(a) D⁄ng vÆng (b) D⁄ng l÷îi hai chi•u (c) D⁄ng Torus

(d) D⁄ng Fat-Tree (e) D⁄ng Folded Torus (f) D⁄ng l÷îi ba chi•u

H…nh 1.2: Mºt sŁ d⁄ng c§u tróc li¶n k‚t m⁄ng tr¶n chip

ho°c kh¡c nhau; trong m⁄ng vÆng (ring) c§p b“c ành tuy‚n l b‹ng nhau,nh÷ng trong m⁄ng l÷îi hai chi•u 2D-mesh th… c§p b“c bº ành tuy‚n l kh¡cnhau

2. SŁ l÷æng hop (hop count): Tham sŁ n y ÷æc t‰nh cho tłng ÷íng ànhtuy‚n trong m⁄ng, câ gi¡ trà b‹ng sŁ l÷æng bº ành tuy‚n (hop) m gâi tinph£i i qua t‰nh tł nguçn ‚n ‰ch Tr¶n ph÷ìng di»n ¡nh gi¡ hi»u n«ng to

n m⁄ng, sŁ l÷æng hop ÷æc t‰nh trung b…nh cho t§t c£ c¡c k‚t nŁi kh£d¾ cıa b§t ký c°p nguçn- ‰ch n o trong m⁄ng

3. ÷íng k‰nh m⁄ng (network diameter): ÷æc x¡c ành b‹ng ÷íng ành tuy‚nng›n nh§t giœa hai bº ành tuy‚n ð xa nh§t trong m⁄ng Mºt c¡ch t‰nhkh¡c th… ÷íng k‰nh m⁄ng ch‰nh l gi¡ trà cüc ⁄i cıa sŁ l÷æng hop

4. T‰nh Łi xøng (symmetry): Mºt c§u tróc m⁄ng ÷æc xem l câ t‰nh Łixøng khi trong m⁄ng câ t¥m Łi xøng (automorphism) cho ph†p ¡nh x⁄mºt nót m⁄ng A th nh mºt nót m⁄ng B qua i”m Łi xøng [14]

V• nguy¶n t›c, m⁄ng tr¶n chip ÷æc nghi¶n cøu vîi nhi•u d⁄ng c§u trócli¶n k‚t v câ th” sß döng t§t c£ c¡c c§u tróc li¶n k‚t cıa m⁄ng m¡y t‰nh Ngo i

ra, mºt sŁ øng döng cö th” cÆn sß döng c¡c m⁄ng b§t quy t›c (irregulartopology) ” n¥ng cao hi»u qu£ thi‚t k‚ v b£o £m tŁt hìn c¡c y¶u cƒu truy•n

thæng cıa h» thŁng tr¶n chip Tuy nhi¶n, phƒn lîn c¡c m⁄ng tr¶n chip sß döngc§u tróc li¶n k‚t d⁄ng l÷îi hai chi•u ” phò hæp hìn vîi cæng ngh» ch‚ t⁄o vi m⁄chhi»n t⁄i [13] Mæ h…nh m⁄ng sß döng c§u tróc li¶n k‚t d⁄ng l÷îi hai chi•u (H…

nh 1.2b) sß döng c¡c bº ành tuy‚n çng d⁄ng vîi ki‚n tróc gçm 5 cŒng v o/ratheo c¡c h÷îng: B›c (North), æng (East), Nam (South), T¥y (West) v mºtcŒng k‚t nŁi vîi lªi IP ÷æc gåi l CŒng cöc bº (Local port) (nh÷ ÷æc mæ t£trong H…nh 1.3) Mºt bi‚n th” kh¡c cıa d⁄ng m⁄ng l÷îi hai chi•u 2D-mesh l c§utróc li¶n k‚t torus v folded torus (H…nh 1.2c v 1.2e) Trong c§u tróc li¶n k‚ttorus, c¡c bº ành tuy‚n câ còng b“c v hØ træ linh ho⁄t c¡c ÷íng k‚t nŁi trongm⁄ng; tuy nhi¶n gi£i thu“t ành tuy‚n cƒn th‰ch øng vîi c§u tróc n y s‡ phøct⁄p hìn so vîi gi£i thu“t ành tuy‚n trong d⁄ng l÷îi hai chi•u 2D-mesh

H…nh 1.3: C§u tróc cıa mºt bº ành tuy‚n dòng trong m⁄ng 2D-mesh [34].

Ngo i ra, mºt sŁ nghi¶n cøu v• m⁄ng tr¶n chip sß döng c¡c d⁄ng c§u trócli¶n k‚t kh¡c nh÷ Guerrier v cºng sü ¢ sß döng c§u tróc li¶n k‚t d⁄ng Fat-Tree[25], ho°c sß döng c¡c c§u tróc li¶n k‚t b§t quy t›c ” th‰ch øng vîi c¡c øngdöng trong nhœng h» thŁng cö th” [45, 61] Khi sß döng c§u tróc li¶n k‚t b§tquy t›c, chóng ta cƒn x¥y düng c¡c giao thøc truy•n thæng chuy¶n bi»t ” th

‰ch øng vîi tłng c§u tróc cö th” cıa m⁄ng i•u n y s‡ tŁi ÷u cho øng döng cıah» thŁng ÷æc thi‚t k‚, nh÷ng s‡ khâ sß döng l⁄i thi‚t k‚ cho c¡c øng döng ho°ch» thŁng kh¡c

C§u tróc li¶n k‚t m⁄ng l cì sð quan trång cho måi nghi¶n cøu t…m hi”u

11

ho⁄t ºng truy•n thæng m⁄ng v m⁄ng tr¶n chip nâi ri¶ng Vîi a d⁄ng c¡c c§u trócm⁄ng câ th” ¡p döng cho m⁄ng tr¶n chip; tuy nhi¶n, c§u tróc li¶n k‚t d⁄ng l÷îi

÷æc t“p trung nghi¶n cøu cho m⁄ng tr¶n chip vîi nhi•u °c i”m thu“n læi Dov“y, lu“n ¡n n y t“p trung chı y‚u cho vi»c nghi¶n cøu ho⁄t ºng truy•n thængm⁄ng tr¶n chip vîi c§u tróc li¶n k‚t d⁄ng l÷îi hai chi•u 2D-mesh [15]

V• cì b£n m⁄ng tr¶n chip v¤n tçn t⁄i hai xu th‚ truy•n thæng sß döng kÿthu“t chuy”n m⁄ch k¶nh (circuit switching) v kÿ thu“t chuy”n m⁄ch gâi (packetswitching) Nh÷ng vîi °c i”m chia s· t i nguy¶n linh ho⁄t v kh£ n«ng ¡p øng ad⁄ng c¡c nhu cƒu truy•n thæng, m⁄ng tr¶n chip sß döng chuy”n m⁄ch gâi ÷æcquan t¥m nghi¶n cøu v ph¡t tri”n m⁄nh trong thíi gian qua Ho⁄t ºng chuy”nm⁄ch gâi cıa m⁄ng tr¶n chip cƒn k‚t hæp vîi c¡c kÿ thu“t truy•n thæng kh¡c ”

£m b£o ho⁄t ºng trao Œi thæng tin l tin c“y v hi»u qu£ nh÷: cì ch‚ i•u khi”nluçng (flow control mechanism); cì ch‚ i•u chuy”n dœ li»u (data switchingflow control) v nguy¶n t›c tŒ chøc bº »m b¶n trong bº ành tuy‚n

H…nh 1.4: Kÿ thu“t truy•n thæng cho m⁄ng tr¶n chip

Ho⁄t ºng trao Œi £m b£o c¡c giao dàch truy•n dœ li»u tin c“y trong h»thŁng cƒn câ c¡c giao thøc truy•n thæng phò hæp vîi h⁄ tƒng truy•n thæng v ¡pøng y¶u cƒu thæng tin cıa to n h» thŁng Giao thøc truy•n thæng b£o £m c¡c th

nh phƒn trong h» thŁng trao Œi dœ li»u mºt c¡ch tin c“y v hi»u qu£ giœa c¡ckhŁi chøc n«ng kh¡c nhau thæng qua h⁄ tƒng m⁄ng Vîi xu§t ph¡t i”m tł mæ h…

nh m⁄ng m¡y t‰nh, m⁄ng tr¶n chip v¤n sß döng mæ h…nh tham chi‚u li¶n k‚t h»thŁng mð vîi mºt sŁ thay Œi cho phò hæp i•u ki»n thüc thi tr¶n vi

m⁄ch nh÷ trong H…nh 1.5 [57] Tr¶n cì sð kÿ thu“t chuy”n m⁄ch gâi cıa m⁄ng tr¶n chip, thæng tin

÷æc t⁄o l“p tł øng döng th÷íng câ d⁄ng khŁi lîn (ho°c luçng dœ li»u k†o d i theo thíi gian thüc) s‡

÷æc s›p x‚p v âng gâi phò hæp vîi c¡c giao thøc truy•n thæng ÷æc sß döng ð c¡c lîp t÷ìng øng trong

mæ h…nh ph¥n lîp KhŁi dœ li»u (data block) ÷æc tŒ chøc h÷îng ‚n ho⁄t ºng trao Œi thæng tin cƒn

÷æc chia nhä th nh c¡c b£n tin (message) t÷ìng øng trong ho⁄t ºng truy•n thæng ÷æc thi‚t l“p giœa c¡c lªi IP b¶n trong h» thŁng Vîi chøc n«ng th‰ch øng giao ti‚p cıa måi khŁi lªi IP, khŁi giao ti‚p m⁄ng cƒn âng gâi c¡c dœ li»u a d⁄ng ð tr¶n th nh gâi tin (data packet) câ ành d⁄ng phò hæp vîi kh£ n«ng truy•n thæng cıa m⁄ng tr¶n chip; trong â câ sü k‚t hæp cıa dœ li»u cƒn trao Œi vîi thæng tin i•u khi”n dòng cho möc ‰ch truy•n thæng.

M⁄ng tr¶n chip thüc hi»n chøc n«ng truy•n thæng b‹ng kh£ n«ng chuy”nt£i c¡c gâi tin ¢ ÷æc âng gâi t⁄i giao ti‚p m⁄ng v ph¥n nhä th nh c¡c ìn và i•ukhi”n luçng (flit: flow control unit) ìn và thæng tin flit l º rºng cıa tł ÷æc sßdöng trong c¡c ho⁄t ºng truy•n thæng giœa c¡c th nh phƒn cıa m⁄ng tr¶n chip,hi»n nay m⁄ng tr¶n chip th÷íng sß döng ìn và flit câ º rºng dœ li»u 32 bit ho°c

64 bit

H…nh 1.5: Mæ h…nh ph¥n lîp ¡p döng cho m⁄ng tr¶n chip

Düa v o °c i”m cıa m⁄ng tr¶n chip v sü ph¥n c§p theo c¡c lîp chøc

13

n«ng tr…nh b y tr…nh H…nh 1.5, mæi tr÷íng truy•n thæng cıa m⁄ng tr¶n chip t“p trung ð ba lîp h÷îng m⁄ng gçm: lîp li¶n k‚t v“t lþ (Physical link), lîp li¶n k‚t dœ li»u (Data link) v lîp m⁄ng (Network) C¡c lîp møc cao h÷îng ‚n ho⁄t ºng cıa c¡c øng döng ch¿ sß döng c¡c dàch vö ÷æc cung c§p tł c¡c lîp d÷îi trong qu¡ tr…nh truy•n thæng.

1. Lîp li¶n k‚t v“t lþ

Lîp li¶n k‚t v“t lþ mæ t£ c¡c ti¶u chu'n giao ti‚p giœa hai ho°c nhi•u hìnc¡c th nh phƒn v“t lþ cıa m⁄ng t⁄o n¶n n•n t£ng h⁄ tƒng m⁄ng, l cì sð t⁄on¶n t i nguy¶n truy•n thæng cıa m⁄ng Li¶n k‚t v“t lþ cung c§p kh£ n«ngtrao Œi thæng tin ð d⁄ng t‰n hi»u lan truy•n trong mæi tr÷íng v“t lþ

giœa c¡c th nh phƒn m⁄ng; n¶n cÆn ÷æc gåi l ph÷ìng ti»n truy•n thæng

— m⁄ng tr¶n chip, lîp li¶n k‚t v“t lþ th” hi»n nguy¶n lþ çng bº v ành d⁄ng t

‰n hi»u lan truy•n b¶n trong m⁄ng, giœa c¡c bº ành tuy‚n, giœa bºành tuy‚n v giao ti‚p m⁄ng ho°c khŁi chøc n«ng øng döng Thæng tintruy•n ð lîp n y ÷æc mæ t£ l t“p c¡c t‰n hi»u ìn và (PFlit: Physical flit)

l nhâm t‰n hi»u logic t÷ìng øng vîi tł xß lþ cıa h» thŁng m⁄ng

2. Lîp li¶n k‚t dœ li»u

Lîp li¶n k‚t dœ li»u thüc hi»n ho⁄t ºng trao Œi thæng tin ìn và giœa c¡c

th nh phƒn b¶n trong m⁄ng tr¶n n•n t£ng li¶n k‚t v“t lþ ¢ câ giœa c¡c bºành tuy‚n (H…nh 1.5) Lîp li¶n k‚t dœ li»u qu£n lþ t i nguy¶n truy•nthæng ” b£o £m c¡c giao t¡c l tin c“y v thæng suŁt trong to n m⁄ng C¡cgiao thøc lîp li¶n k‚t dœ li»u quy ành ho⁄t ºng b›t tay trao Œi thæng tingiœa c¡c th nh phƒn m⁄ng

M⁄ng tr¶n chip vîi °c i”m tinh gi£m, c¡c bº ành tuy‚n thüc hi»n chøc n«ngli¶n k‚t i”m- i”m giœa c¡c bº ành tuy‚n v t⁄o n¶n h⁄ tƒng k‚t nŁi cho c¡cgiao t¡c truy•n thæng giœa c¡c øng döng ð c¡c lîp møc cao hìn Phöthuºc v o ành h÷îng thi‚t k‚ v y¶u cƒu cıa h» thŁng, bº ành tuy‚n câ th” k‚thæp vîi thæng tin ành tuy‚n ð lîp m⁄ng ” thüc hi»n qu¡ tr…nh thi‚t l“p

÷íng i cıa thæng tin trong c¡c giao t¡c truy•n thæng Ho⁄t ºng trao Œi dœli»u ð m⁄ng tr¶n chip düa tr¶n ìn và thæng tin cì b£n

l flit

3. Lîp m⁄ng

Lîp m⁄ng t⁄o n¶n c¡c dàch vö v chøc n«ng truy•n thæng cho ph†p cungc§p kh£ n«ng trao Œi dœ li»u giœa c¡c øng döng thæng qua cì sð h⁄tƒng m⁄ng ¢ câ ð hai lîp d÷îi

14

Trong m⁄ng tr¶n chip, lîp m⁄ng thüc hi»n chøc n«ng âng/mð gâi tin th

‰ch øng vîi tŒ chøc h⁄ tƒng truy•n thæng ð c¡c lîp h÷îng m⁄ng çng thíitrong mºt sŁ c¡c tr÷íng hæp cö th” thüc hi»n chøc n«ng ành tuy‚n ƒu-cuŁi (end-to-end)

4. Lîp giao v“n

Lîp giao v“n cung c§p dàch vö giao v“n thæng suŁt cho c¡c lîp h÷îngøng döng thæng qua c¡c giao thøc i•u khi”n luçng tin v o m⁄ng công nh÷b£o £m º tin c“y cıa c¡c giao t¡c truy•n thæng Chøc n«ng ch‰nh cıa lîpgiao v“n l thi‚t l“p, duy tr… ho⁄t ºng truy•n d¤n v gi£i phâng c¡c k‚t nŁithæng suŁt qua m⁄ng tł nguçn tin h÷îng ‚n ‰ch Do â, lîp giao v“n choph†p c¡ch ly c¡c lîp h÷îng m⁄ng v c¡c lîp h÷îng øng döng; i•u n y choph†p ph¡t tri”n c¡c øng döng a d⁄ng m khæng cƒn quan t¥m ‚n ho⁄t ºngtruy•n thæng cö th”

6. Lîp øng döng

Lîp øng döng l lîp cao nh§t cıa mæ h…nh ph¥n lîp vîi nhi»m vö giao ti‚png÷íi dòng, cung c§p kh£ n«ng øng döng cıa h» thŁng v công l ‰ch ‚ncıa thæng tin trao Œi qua m⁄ng

1.3.1 Cì ch‚ i•u khi”n luçng

Cì ch‚ i•u khi”n luçng l cì sð cho nguy¶n t›c ph¥n bŒ t i nguy¶n truy•nthæng: b«ng thæng (bandwidth), dung l÷æng bº »m (buffer capacity), tr⁄ngth¡i i•u khi”n, ; ” b£o £m c¡c giao t¡c truy•n thæng qua m⁄ng l tin c“y [1] i•ukhi”n luçng düa v o °c t‰nh c§u tróc v kÿ thu“t chuy”n m⁄ch ÷æc sß döng ”ph¥n l m hai lo⁄i cì ch‚ ch‰nh l i•u khi”n luçng khæng bº »m (bufferless) v i•ukhi”n luçng câ bº »m (buffer)

i•u khi”n luçng khæng bº »m

L cì ch‚ i•u khi”n luçng k‚t hæp vîi kÿ thu“t chuy”n m⁄ch k¶nh vîi c¡c

15

th nh phƒn nót m⁄ng trung gian khæng câ bº »m thæng tin Ho⁄t ºngtruy•n thæng düa tr¶n nguy¶n t›c b›t tay t⁄o k‚t nŁi tr÷îc mîi ti‚n h nhtruy•n tin; do â thæng tin truy•n tł nguçn ‚n ‰ch tr¶n c¡c li¶n k‚t d nhri¶ng m khæng cƒn bº »m ð c¡c nót trung gian Tuy nhi¶n, cì ch‚ b›t tayk‚t nŁi tr÷îc ph£i duy tr… t i nguy¶n ÷æc c§p ph¡t trong to n phi¶n

l m vi»c Do â, cì ch‚ n y câ h⁄n ch‚ lîn l hi»u qu£ sß döng t i nguy¶n truy•n thæng th§p

i•u khi”n luçng câ bº »m

Trong m⁄ng truy•n thæng sß döng kÿ thu“t chuy”n m⁄ch gâi, thæng tins‡ i qua c¡c nót m⁄ng trung gian cƒn ÷æc l÷u trœ tr÷îc khi chuy”n ‚n nótm⁄ng ti‚p theo Do â, cƒn câ cì ch‚ i•u khi”n luçng sß döng vi»c i•u khi”n

bº »m ” thüc hi»n qu¡ tr…nh chuy”n thæng tin qua m⁄ng i•u khi”n luçng

câ bº »m t⁄o n¶n sü linh ho⁄t trong ho⁄t ºng c§p ph¡t t i nguy¶n, c¥n b‹ngy¶u cƒu truy•n thæng

Vîi h÷îng m⁄ng tr¶n chip, c¡c nghi¶n cøu hi»n nay sß döng r§t nhi•u kÿthu“t, cì ch‚ kh¡c nhau do v“y cì ch‚ i•u khi”n luçng l r§t a d⁄ng H÷îng ‚n mæh…nh m⁄ng sß döng chuy”n m⁄ch gâi cho ph†p linh ho⁄t trong truy•n thæng,n¶n c¡c cì ch‚ i•u khi”n luçng câ bº »m ang r§t ÷æc quan t¥m nghi¶n cøu vtri”n khai nh÷: i•u khi”n Ack/Nack, i•u khi”n luçng Handshaking

i•u khi”n luçng thæng qua t‰n hi»u b›t tay (handshaking sig-nals): Cìch‚ i•u khi”n n y düa tr¶n vi»c x¡c thüc thæng qua c¡c t‰n hi»u b›t tay giœakhŁi ph¡t v khŁi thu — ƒu ph¡t, t‰n hi»u x¡c thüc (valid) ÷æc ph¡t k–mthæng tin v ƒu nh“n s‡ ch–n tr£ líi x¡c nh“n v o t‰n hi»u x¡c thüc v xâathæng tin vła nh“n Mºt sŁ m⁄ng tr¶n chip i”n h…nh sß döng cì ch‚ i•u khi”nh÷îng b›t tay nh÷ trong cæng tr…nh [70]

i•u khi”n luçng Ack/Nack: Cì ch‚ n y b›t buºc ph£i sao l÷u thæng tinph¡t v ch¿ ÷æc xâa khi nh“n ÷æc t‰n hi»u x¡c nh“n (Ack) tł b¶n nh“n Trongtr÷íng hæp b¶n ph¡t khæng nh“n ÷æc x¡c nh“n ho°c nh“n ÷æc t‰n hi»ukhæng x¡c nh“n (Nack); b¶n nh“n s‡ tü ºng ph¡t l⁄i thæng tin ¢ ph¡t Cì ch‚ n y

÷æc Bertozzi v cºng sü sß döng trong m⁄ng tr¶n chip vîi ki‚n tróc xPIPES [4]

i•u khi”n luçng düa v o credit K‚t hæp ÷u i”m cıa hai cì ch‚ tr¶n, i•ukhi”n luçng düa v o credit thüc hi»n i•u khi”n qu¡ tr…nh trao Œi thæng tin khiph‰a nh“n cÆn kh£ n«ng ¡p øng, ÷æc gåi l Credit Nguy¶n t›c i•u khi”nluçng düa v o credit ÷æc tâm l÷æc nh÷ sau:

Ph‰a nh“n: gi¡ trà credit s‡ gi£m i 1 khi ti‚p nh“n mºt ìn và thæng tin Ho⁄t ºng nh“n s‡ t⁄m dłng khi gi¡ trà credit gi£m v• 0.

Ph‰a ph¡t: ch¿ ph¡t tin khi ƒu nh“n câ gi¡ trà credit kh¡c 0 — c¡c nót m⁄ng sß döng kÿ thu“t i•u khi”n luçng düa v o credit sau mØi lƒn gâi tin

÷æc ph¡t i th… gi¡ trà credit t⁄i ƒu nh“n l⁄i t«ng l¶n 1 gi¡ trà v sfin s ng nh“n ti‚p gâi tin Cì ch‚ i•u khi”n luçng credit-based hi»n nay ang ÷æc sßdöng trong nhi•u nghi¶n cøu v• m⁄ng tr¶n chip nh÷ trong c¡c ki‚n tróc ANoC [2] v QNoC [8]

Ngo i ra, ho⁄t ºng i•u khi”n luçng cıa m⁄ng tr¶n chip v¤n câ th” sß döngc¡c cì ch‚ cıa m⁄ng m¡y t‰nh l cì ch‚ Dłng v æi (Stop and Wait)

v cì ch‚ Cßa sŒ tr÷æt (Sliding Window) Tuy nhi¶n, c¡c cì ch‚ n y Æi häi sßdöng bº »m lîn ¥y l mºt h⁄n ch‚ khi thüc hi»n tr¶n h» thŁng tr¶n chip do chiph‰ thi‚t k‚ v thüc thi

1.3.2 Cì ch‚ i•u chuy”n dœ li»u

Cì ch‚ i•u chuy”n dœ li»u l nguy¶n t›c chuy”n giao thæng tin trong c¡cgiao t¡c truy•n thæng giœa c¡c nót m⁄ng tr¶n ÷íng i cıa thæng tin tł nguçn ‚n

‰ch Cì ch‚ i•u chuy”n dœ li»u ÷æc • xu§t ” £m b£o ch§t l÷æng dàch vö(QoS: Quality of Service) cho c¡c giao t¡c truy•n thæng trong i•u ki»n r ngbuºc cıa t i nguy¶n truy•n thæng giîi h⁄n cıa mæi tr÷íng m⁄ng C¡c cì ch‚ i•uchuy”n dœ li»u ÷æc ¡p döng trong kÿ thu“t chuy”n m⁄ch gâi vîi ba cìch‚ th÷íng g°p: cì ch‚ l÷u v chuy”n ti‚p (SAF: Store and Forward), cì ch‚ xuy¶nc›t £o (VCT: Virtual Cut-Through) v cì ch‚ WH (Wormhole) (H…nh 1.6)

H…nh 1.6: C¡c cì ch‚ i•u chuy”n dœ li»u.

Cì ch‚ l÷u v chuy”n ti‚p (H…nh 1.6a) Ho⁄t ºng tr¶n cì sð chuy”n m⁄chgâi, nót m⁄ng nh“n v l÷u ƒy ı gâi tin v o bº »m tr÷îc khi chuy”n ti‚p tîi nót m⁄ngti‚p theo Ho⁄t ºng l÷u v chuy”n ti‚p gâi tin s‡ luæn b£o

17

£m º tin c“y giao t¡c truy•n tin Tuy nhi¶n, cì ch‚ n y cƒn t i nguy¶n bº »m lînhìn k‰ch th÷îc gâi tin cüc ⁄i trong t§t c£ c¡c bº ành tuy‚n v thíi gian chíchuy”n ti‚p giœa c¡c bº ành tuy‚n trung gian s‡ l m gian t«ng º tr„ truy•n cıam⁄ng.

Cì ch‚ VCT (H…nh 1.6b) Nh÷æc i”m cıa cì ch‚ SAF l thíi gian chuy”nti‚p gâi tin ð c¡c nót m⁄ng trung gian bà k†o d i do ph£i nh“n ı gâi tin th… c¡cnót m⁄ng trung gian mîi chuy”n ti‚p ‚n nót m⁄ng ti‚p theo ” kh›c phöc nh÷æci”m n y, cì ch‚ VCT cho ph†p c¡c nót m⁄ng chuy”n ti‚p ngay thæng tin sau khinh“n ÷æc n‚u c¡c nót m⁄ng li•n sau tr¶n ÷íng ành tuy‚n sfin s ng nh“n tin Tuynhi¶n, trong qu¡ tr…nh chuy”n ti‚p gâi tin ‚n ‰ch, n‚u câ mºt nót trung giankhæng th” nh“n tin th… gâi tin s‡ ÷æc l÷u l⁄i t⁄i nót m⁄ng ngay li•n tr÷îc Dov“y, m°c dò gi£m ÷æc º tr„ truy•n cıa m⁄ng, cì ch‚ n y v¤n y¶u cƒu c¡c nótm⁄ng câ ı bº »m cho nhœng gâi tin câ k‰ch th÷îc lîn nh§t theo giao thøctruy•n thæng quy ành

Cì ch‚ Wormhole (H…nh 1.6c) K‚t hæp c¡c ÷u i”m v kh›c phöc nh÷æci”m cıa hai cì ch‚ SAF v VCT, cì ch‚ WH cho ph†p chuy”n ti‚p thæng tin ngaykhi nót m⁄ng li•n sau câ th” nh“n thæng tin nh÷ng l⁄i khæng ti‚p nh“n thængtin mîi n‚u ch÷a chuy”n ti‚p ÷æc thæng tin ang l÷u giœ t⁄i nót m⁄ng Do â,thæng tin trao Œi cıa mØi giao t¡c s‡ tr£i •u tr¶n ÷íng i cıa gâi tin,

v trong tr÷íng hæp ìn và tin ƒu ti¶n bà ch°n th… to n bº gâi tin s‡ chi‚mdöng t i nguy¶n cıa c¡c nót m⁄ng trung gian nh÷ trong (H…nh 1.6c) Cì ch‚ n

y s‡ gi£m ÷æc c£ thíi gian tr„ truy•n qua c¡c nót m⁄ng trung gian v º s¥u cıa

bº »m t⁄i c¡c nót m⁄ng Nh÷æc i”m cıa cì ch‚ n y l câ th” g¥y n¶n hi»n t÷ængkhâa vÆng ch‚t (deadlock) do c¡c giao t¡c truy•n thæng chi‚m döng t inguy¶n l¤n nhau m khæng th” gi£i phâng ÷æc Hi»n t÷æng khâa vÆng n ys‡ ÷æc tr…nh b y cö th” t⁄i Möc 1.4

1.3.3 Chi‚n l÷æc bº »m

Ho⁄t ºng chuy”n tin trong m⁄ng chuy”n m⁄ch gâi câ ÷æc sü linh ho⁄t nhí v

o kh£ n«ng chia s· t i nguy¶n cıa c¡c giao t¡c truy•n thæng mºt c¡ch tin c“y vhi»u qu£ düa tr¶n nhi•u kÿ thu“t k‚t hæp Ho⁄t ºng chuy”n ti‚p gâi tin trongm⁄ng khæng chi‚m giœ t i nguy¶n li¶n töc trong suŁt qu¡ tr…nh trao Œi giœac¡c Łi t÷æng m ch¿ chuy”n tin d÷îi d⁄ng gâi thæng qua c¡c i”m trung gianh÷îng ‚n ‰ch Tuy nhi¶n, gâi tin i qua c¡c i”m trung gian cƒn ÷æc x¡c thüc v

xß lþ chuy”n ti‚p ” b£o £m º tin c“y cıa c¡c giao t¡c truy•n thæng Do â, mØi bºành tuy‚n trong m⁄ng cƒn câ bº »m vîi k‰ch th÷îc phò hæp ”

l÷u giœ thæng tin mºt c¡ch tŁi ÷u v tin c“y Chi‚n l÷æc bº »m l t“p hæp c¡cnguy¶n lþ ” x¡c ành gi£i ph¡p l÷u trœ t⁄i bº ành tuy‚n gçm: và tr‰ bº »m v k

‰ch th÷îc bº »m trong mØi bº ành tuy‚n Dò hi»n nay c¡c nghi¶n cøu m⁄ngtr¶n chip ¢ • xu§t r§t nhi•u ki‚n tróc bº ành tuy‚n kh¡c nhau, nh÷ng v• cì b£nluæn câ mºt sŁ th nh phƒn ch‰nh: khŁi nhî »m, ma tr“n t‰n hi»u nŁi ch†o(crossbar) v mºt sŁ khŁi chøc n«ng i•u khi”n Düa v o °c i”m ki‚n tróc bº ànhtuy‚n khi s›p x‚p và tr‰ bº »m s‡ t⁄o n¶n c¡c chi‚n l÷æc bº »m phò hæp.Trong l¾nh vüc nghi¶n cøu m⁄ng tr¶n chip hi»n nay tçn t⁄i 4 chi‚n l÷æc bº »mch‰nh [67] gçm: h ng æi lŁi v o (input queuing), h ng æi lŁi ra (outputqueuing), h ng æi lŁi ra £o (virtual output queuing) v h ng æi lŁi v o ÷u ti¶nk¶nh £o (virtual channel priority input queuing)

” thu“n læi cho vi»c mæ t£ °c i”m chung cıa t§t c£ c¡c chi‚n l÷æc bº

»m trong phƒn sau •u ¡p döng chung cho bº ành tuy‚n vîi ki‚n tróc n cŒng lŁi

v o, n cŒng lŁi ra v mºt ma tr“n t‰n hi»u nŁi ch†o n n:

H ng æi lŁi v o: Gi£i ph¡p bº »m cì b£n nh§t l t⁄o ra n bº »m t÷ìng øng vîi

n lŁi v o trong mØi bº ành tuy‚n (H…nh 1.7a) Vîi bº ành tuy‚n d⁄ng n y s‡ l÷u ngay thæng tin ‚n ð mØi ƒu v o v chí sü ph¥n xß ” chuy”n h÷îng

‚n lŁi ra phò hæp Chi‚n l÷æc n y b£o £m thæng tin khæng bà m§t khi

câ tranh ch§p ƒu ra Tuy nhi¶n, hi»u qu£ sß döng truy•n thæng khæng cao do hi»u øng khâa ƒu luçng (HOL: head-of-line blocking)

H…nh 1.7: Chi‚n l÷æc bº»m lŁi v o v lŁi ra

Hi»u øng HOL x£y ra khi mºt giao t¡c chi‚m và tr‰ ƒu h ng æi khængth” chuy”n ‚n h÷îng ra, lóc â t§t c£ c¡c thæng tin trao Œi kh¡c •u còng bàch°n l⁄i Hi»u øng HOL câ £nh h÷ðng lîn ‚n hi»u qu£ truy•n thæng,

v c ng trð n¶n trƒm trång khi c§p b“c bº ành tuy‚n (n) c ng lîn

H ng æi lŁi ra: c¡c bº ành tuy‚n sß döng chi‚n l÷æc h ng æi lŁi ra

19

s‡ bŁ tr‰ c¡c bº »m ð lŁi ra, sau khi thæng tin chuy”n qua ma tr“n t‰nhi»u nŁi ch†o (crossbar) (H…nh 1.7b) Vîi và tr‰ n y, t§t c¡c thæng tinnh“n ÷æc t⁄i c¡c khŁi cŒng lŁi v o s‡ ÷æc ành tuy‚n ngay v chuy”n h÷îngphò hæp mîi ÷æc l÷u trœ t⁄i khŁi cŒng lŁi ra Do thæng tin tł cŒng lŁi

v o ÷æc chuy”n ngay ‚n bº »m t⁄i lŁi ra n¶n h⁄n ‚n ÷æc hi»n t÷æng HOL.Tuy nhi¶n, chi‚n l÷æc n y l⁄i y¶u cƒu khŁi ma tr“n t‰n hi»u nŁi ch†o câtŁc º k‚t nŁi ¡p øng cao (g§p n lƒn so vîi tŁc º chuy”n tin cıa bº

ành tuy‚n) Trong i•u ki»n thüc thi tr¶n chip th… vi»c y¶u cƒu mºt khŁichøc n«ng ho⁄t ºng ð tŁc º cao so vîi c¡c khŁi kh¡c l mºt h⁄n ch‚ r§t lîn

H…nh 1.8: Chi‚n l÷æc bº»m lŁi ra £o.

H ng æi lŁi ra £o (VOQ): Chi‚n l÷æc n y °t bº »m °t ð sau khŁi cŒnglŁi v o vîi sŁ l÷æng l n2 cho n cŒng lŁi v o cıa bº ành tuy‚n nh÷ trongH…nh 1.8 Vîi ki‚n tróc bº »m ÷æc ph¥n xß ngay t⁄i lŁi v o nh÷ng t«ngk‰ch th÷îc bº »m cho ph†p k‚t hæp c£ hai ÷u i”m cıa hai chi‚n l÷æc

bº »m vła n¶u Chi‚n l÷æc VOQ vła câ kh£ n«ng lo⁄i bä hi»u øng HOL vcông khæng y¶u cƒu khŁi ma tr“n nŁi ch†o ho⁄t ºng ð tŁc º cao Do âchi‚n l÷æc VOQ cho ph†p thæng tin lŁi v o ÷æc xß lþ v chuy”n h÷îng ‚nlŁi ra còng thíi i”m, i•u n y l m t«ng hi»u qu£ truy•n thæng

Tuy nhi¶n, h⁄n ch‚ lîn nh§t cıa chi‚n l÷æc n y l chi ph‰ thi‚t k‚ thüc thicho ki‚n tróc bº »m trong mØi bº ành tuy‚n t«ng nhanh theo b“c bº ànhtuy‚n ” ¡p øng ÷æc ho⁄t ºng »m dœ li»u, chóng ta cƒn n2 bº »m cho mØi

bº ành tuy‚n trong m⁄ng

H ng æi lŁi v o ÷u ti¶n k¶nh £o (VCPIQ) l mºt chi‚n l÷æc bº »m c£i ti‚n

cıa chi‚n l÷æc VOQ nh‹m t«ng hi»u n«ng truy•n thæng nh÷ng h⁄n

ch‚ chi ph‰ thüc thi cıa VOQ Ki‚n tróc bº ành tuy‚n sß döng chi‚n l÷æc

bº »m VCPIQ ÷æc mæ t£ cì b£n trong H…nh 1.9

H…nh 1.9: Chi‚n l÷æc bº»m lŁi v o ÷u ti¶n k¶nh £o.

Trong chi‚n l÷æc bº »m VCPIQ, mØi cŒng lŁi v o cho mºt k¶nh v“t lþ

sß döng p bº »m (p < n) t÷ìng øng vîi p k¶nh £o Düa tr¶n nguy¶n lþ ho⁄tºng cıa chi‚n l÷æc VOQ n¶n gi£i ph¡p n y h⁄n ch‚ ÷æc hi»n t÷æng HOL

v gi£m ÷æc sŁ l÷æng bº »m ” gi£m chi ph‰ trong thüc thi tr¶n chip.Trong nghi¶n cøu ¡nh gi¡ c¡c chi‚n l÷æc bº »m, Pande v cºng sü ¢ch¿ ra ÷æc sŁ l÷æng k¶nh £o tŁi ÷u b‹ng 4 (p = 4) ” ⁄t ÷æc c¥n b‹nggiœa chi ph‰ v hi»u qu£ truy•n thæng [53]

Ho⁄t ºng truy•n thæng °t ra y¶u cƒu ti¶n quy‚t l thæng tin ph£i ÷æc ànhtuy‚n tł nguçn ‚n ‰ch mºt c¡ch ch‰nh x¡c v tin c“y Vîi °c i”m a d⁄ng cıa mæitr÷íng m⁄ng, thæng tin tł nguçn ‚n ‰ch câ th” ÷æc chuy”n qua nhi•u i”m trunggian linh ho⁄t t⁄o n¶n c¡c ÷íng ành tuy‚n (routing path) ¡p øng y¶u cƒu k‚t nŁi,m⁄ng cƒn câ t“p c¡c nguy¶n t›c ” quy‚t ành ÷íng i cıa thæng tin tł nguçn ‚n

‰ch tin c“y v hi»u qu£ düa tr¶n kh£ n«ng ¡p øng cıa h⁄ tƒng m⁄ng ang câ.T“p c¡c nguy¶n t›c x¡c ành ÷íng i trong m⁄ng ÷æc gåi l gi£i thu“t ành tuy‚n(routing algorithm) Gi£i thu“t ành tuy‚n cƒn b£o £m k‚t nŁi tin c“y cho b§t kýc°p nguçn- ‰ch trong m⁄ng v c¥n b‹ng l÷u l÷æng thæng tin dåc theo c¡c li¶nk‚t kh£ d¾ ang câ cıa mæi tr÷íng m⁄ng çng thíi, gi£i thu“t ành tuy‚n cƒn ÷æcx¥y düng phò hæp vîi °c i”m cıa h» thŁng, hi»u qu£ cho t§t c£ c¡c giao t¡ctruy•n thæng cıa h» thŁng ¡p øng cao nh§t c¡c y¶u cƒu ch§t l÷æng dàch vö

21

Hi»n t÷æng khâa vÆng ch‚t (deadlock) l hi»n t÷æng c¡c gâi tin cıa c¡cgiao t¡c truy•n thæng, trong m⁄ng li¶n töc truy v§n t i nguy¶n truy•n thæng t⁄o

th nh mºt vÆng k‰n khæng th” ph¥n xß v gi£i phâng ÷æc t i nguy¶n truy•nthæng Khi câ hi»n t÷æng khâa vÆng, ÷íng ành tuy‚n cıa c¡c giao t¡c t⁄o n¶nvÆng k‰n v truy v§n t i nguy¶n l¤n nhau m khæng th” truy•n ‚n ‰ch cıamØi giao t¡c H…nh 1.10 mæ t£ mºt tr÷íng hæp khâa vÆng giœa ba giao t¡ctruy•n thæng (T1, T2 v T3)

H…nh 1.10: Hi»n t÷æng khâa vÆng

Trong H…nh 1.10, hi»n t÷æng khâa vÆng ch‚t x£y ra do ba giao t¡ctruy•n thæng T1, T2 v T3 chi‚m döng t i nguy¶n truy•n thæng l¤n nhau vkhæng th” gi£i phâng ÷æc Qu¡ tr…nh tranh ch§p t i nguy¶n cıa giao t¡c T1 vT2 x£y ra t⁄i bº ành tuy‚n R2 v tranh ch§p cıa giao t¡c T3 v T1 x£y ra t⁄i bºành tuy‚n R0 t⁄o n¶n vÆng khâa k‰n khæng th” ph¥n xß Do â, c£ ba giaot¡c T1, T2 v T3 khæng th” ho n th nh v gi£i phâng t i nguy¶n, s‡ £nh h÷ðnglîn ‚n ho⁄t ºng to n h» thŁng

Hi»n t÷æng khâa vÆng sŁng (livelock) l hi»n t÷æng c¡c gâi tin khængth” ti‚n ‚n ‰ch cıa giao t¡c ngay c£ khi gâi tin khæng bà ch°n Trong tr÷ínghæp gâi tin khæng h÷îng ÷æc ‚n ‰ch s‡ li¶n töc chuy”n h÷îng trong m⁄ng vt⁄o n¶n ho⁄t ºng nh¥n t£i m⁄ng, t¡c ºng ‚n nhi•u giao dàch kh¡c công nh÷ kh£n«ng ¡p øng truy•n thæng cıa m⁄ng

Trong mæi tr÷íng m⁄ng, ho⁄t ºng giao t¡c truy•n thæng câ th” i theo nhi•u

÷íng ành tuy‚n h÷îng tł nguçn ‚n ‰ch C¡c gi£i thu“t ành tuy‚n t⁄o n¶n cì

sð quy‚t ành ÷íng i cıa thæng tin câ th” cŁ ành ” b£o £m c¥n b‹ng t£im⁄ng ho°c linh ho⁄t ” ¡p øng c¡c i•u ki»n ho⁄t ºng cıa m⁄ng Düa v o °c t

‰nh n y câ th” ph¥n c¡c gi£i thu“t ành tuy‚n l m hai lo⁄i ch‰nh: l ànhtuy‚n x¡c ành (deterministic routing) v ành tuy‚n th‰ch nghi (adaptiverouting)

2. Nguy¶n lþ quy‚t ành ành tuy‚n

Gi£i thu“t ành tuy‚n sß döng gi£i ph¡p t⁄o n¶n c¡c thæng tin ành tuy‚n ”quy‚t ành ÷íng i cıa giao t¡c bði nhi•u c¡ch kh¡c nhau Trong mæi tr÷íngm⁄ng tr¶n chip, vi»c quy‚t ành ÷íng ành tuy‚n câ th” b‹ng m¡y tr⁄ng th¡ihœu h⁄n (FSM: Finite State Machine) ho°c sß döng b£ng t…m ki‚m(LUT: Lookup-Table) B¶n c⁄nh â, mºt sŁ cæng tr…nh sß döng c¡c m⁄chlogic tŒ hæp l m cì sð ” x¡c ành ành tuy‚n [18]

3. Thüc thi ành tuy‚n

Ho⁄t ºng ành tuy‚n trong m⁄ng ÷æc thüc hi»n tr¶n cì sð gi£i thu“t ành tuy‚n k‚t hæp vîi nguy¶n lþ quy‚t ành ” t⁄o n¶n thæng tin ành tuy‚n Vi»c thüc thi ành tuy‚n phö thuºc v o °c i”m cıa h» thŁng v c¥n b‹ng vîi c¡c i•uki»n ho⁄t ºng cıa h» thŁng Ph¥n lo⁄i düa tr¶n °c i”m thüc hi»n qu¡ tr…nhành tuy‚n câ th” chia c¡c gi£i thu“t ành tuy‚n th nh: ành tuy‚n t⁄i nguçn (source routing), ành tuy‚n ph¥n t¡n (distributed routing) v ành tuy‚n trung t¥m (centrallized routing) Ngo i ra, mºt sŁ nghi¶n cøu m⁄ng tr¶n chip sß döng k‚t hæp gi£i ph¡p thüc thi ành tuy‚n t⁄o n¶n d⁄ng ành tuy‚n nhi•u o⁄n (multiphase routing)

Vîi kh£ n«ng s›p x‚p a d⁄ng ÷íng ành tuy‚n trong c¡c gi£i thu“t ành tuy‚n

a d⁄ng nh÷ vła tr…nh b y ð tr¶n, ho⁄t ºng cøu ành tuy‚n cıa m⁄ng tr¶n chip cƒn

÷æc xem x†t mºt c¡ch to n di»n hìn v chi ti‚t hìn çng thíi c¡c nghi¶n cøu v•ành tuy‚n cho m⁄ng tr¶n chip luæn cƒn ph£i h÷îng ‚n kh£ n«ng c¥n b‹ng v tŁi

÷u giœa hi»u qu£ ành tuy‚n v c¡c chi ph‰ thi‚t k‚, thüc thi tr¶n vi m⁄ch

1.4.2 Gi£i thu“t ành tuy‚n t¾nh

Gi£i thu“t ành tuy‚n x¡c ành hay cÆn gåi l gi£i thu“t ành tuy‚n t¾nh(static routing), l c¡c gi£i thu“t x¡c ành cö th” ÷íng ành tuy‚n cıa mØi c°p

23

nguçn- ‰ch trong c§u tróc li¶n k‚t m⁄ng cho tr÷îc V“y n¶n, c¡c m⁄ng sß döngành tuy‚n t¾nh s‡ luæn lan truy•n thæng tin theo mºt ÷íng i cŁ ành.

Nh÷ ¢ • c“p trong Möc 1.2, ành h÷îng nghi¶n cøu c§u tróc li¶n k‚t d⁄ngl÷îi hai chi•u cho ph†p thüc thi m⁄ng tr¶n chip trong c¡c h» thŁng tr¶n chip;khi s›p x‚p c¡c th nh phƒn h» thŁng tr¶n chip ph¥n bŁ •u tr¶n phi‚n silicon Tł

â, c¡c gi£i thu“t ành tuy‚n cƒn ÷æc ph¡t tri”n phò hæp theo c£ hai ti¶u ch‰ lb£o £m ch§t l÷æng dàch vö - QoS v hi»u qu£ c¥n b‹ng chi ph‰ thi‚t k‚ vthüc thi trong c¡c r ng buºc cıa mæi tr÷íng tr¶n chip Gi£i thu“t ành tuy‚n ÷uti¶n theo h÷îng (DOR: Dimenssion Order Routing) l phò hæp vîi c§u tróc li¶nk‚t 2D mesh v c¡c h⁄n ch‚ cıa mæi tr÷íng thüc thi tr¶n chip C¡c gi£i thu“t DOR

l t“p hæp c¡c gi£i thu“t câ nguy¶n lþ chån ÷íng ành tuy‚n theo c¡c h÷îng ÷uti¶n v chuy”n h÷îng ð gâc ành tuy‚n phò hæp C¡c gi£i thu“t DOR thüc hi»nchuy”n tin theo h÷îng ÷u ti¶n ÷æc x¡c l“p tł tr÷îc, v s‡ c§m mºt sŁ gâc chuy”nnh§t ành nh‹m tr¡nh hi»n t÷æng khâa vÆng ch‚t

H…nh 1.11: L÷uç thu“t to¡n ành tuy‚n XY

Gi£i ph¡p ành tuy‚n t¾nh XY [23] l mºt ⁄i di»n i”n h…nh cıa c¡c gi£i thu“tDOR, r§t phò hæp vîi m⁄ng tr¶n chip do nguy¶n lþ chån ÷íng ành tuy‚n ìngi£n v ¡p döng hi»u qu£ trong c¡c c§u tróc hai chi•u (2D mesh ho°c 2Dtorus) ành tuy‚n t¾nh XY ÷u ti¶n chuy”n thæng tin tł nguçn theo ph÷ìngngang (X) sau â chuy”n theo ph÷ìng dåc (Y) Gi£i thu“t chån ÷íng cıa ành