Optimisation de la consommation d’énergie et de la latence dans les réseaux sur puces

par Erwan Moréac

Thèse de doctorat en Stic

Sous la direction de André Rossi et de Johann Laurent.

Soutenue le 25-10-2017

à Lorient , dans le cadre de École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère) , en partenariat avec Laboratoire des sciences et techniques de l'information- de la communication et de la connaissance (laboratoire) .

Le jury était composé de Cécile Belleudy, Lilia Koutchoukali Zaourar.

Les rapporteurs étaient Patrick Girard, Yannick Le Moullec.


  • Résumé

    Les progrès dans le domaine des semi-conducteurs ont permis la miniaturisation des puces et l’extension considérable de leurs capacités de calcul et de mémorisation. Cela s’est accompagné d’un accroissement très important du volume des données échangées à l’intérieur de ces puces, limitant les performances au débit de données dans la puce. Ainsi, les concepteurs ont proposé le réseau sur puce (ou NoC : Network-on-Chip) afin de répondre à ces besoins. Cependant, l’accroissement du trafic permis par ce réseau se traduit par une consommation énergétique plus importante engendrant une hausse de la température et une diminution de la fiabilité de la puce. L’élaboration de techniques d’optimisation de l’énergie du NoC est alors nécessaire. La première partie de cette thèse est consacrée à l’étude de la modélisation des NoCs afin d’estimer leur consommation et d’identifier les composants les plus consommateurs. Ainsi, la première contribution de cette thèse a été d’améliorer la modélisation du NoC en modifiant le modèle d’interconnexions d’un simulateur de NoC existant (Noxim), pour le rendre bit-près (Noxim-XT), et ainsi permettre au simulateur d’incorporer un modèle d’interconnexions considérant les effets du crosstalk, phénomène physique faisant varier leur consommation d’énergie. La seconde partie de la thèse traite de l’optimisation de la consommation d’énergie du NoC. Ainsi, la recherche d’optimisation s’est orientée vers la réduction d’énergie des liens étant donné leur importante contribution énergétique dans la consommation d’énergie dynamique du réseau. De plus, la part de l’énergie dynamique tend à augmenter avec l’évolution de la technologie. Nous avons proposé à l’issue de cette étude deux techniques d’optimisation pour les interconnexions du NoC. Ces deux optimisations proposent des compromis énergie / latence différents et une extension possible de ces travaux pourrait être la mise en oeuvre de la sélection de l’optimisation selon les besoins de l’application en cours.

  • Titre traduit

    Energy and latency optimization for networks-on-chip


  • Résumé

    Thanks to the technology’s shrinking, a considerable amount of memory and computing capacity can be embedded into a single chip. This improvement leads to an important increase of the bandwidth requirements, that becomes the bottleneck of chip performances in terms of computational power. Thus, designers proposed the Network-on-Chip (NoC) as an answer to this bandwidth challenge. However, the on-chip traffic growth allowed by the NoC causes a significant rise of the chip energy consumption, which leads to a temperature increase and a reliability reduction of the chip. The development of energy optimization techniques for NoC becomes necessary.The first part of this thesis is devoted to the study of NoCs power models in order to estimate accurately the consumption of each component. Then, we can identify which ones are the most power consuming. Hence, the first contribution of this thesis has been to improve the NoC power model by replacing the lilnk power model in a NoC simulator (Noxim) by a bit-accurate one (Noxim-XT). In this way, the simulator is able to consider Crosstalk effects, a physical phenomenon that increases links energy consumption. The second part of the thesis deals with NoC energy optimization techniques. Thus, our research of optimization techniques is focused on inter-router links since their energy contribution regarding the NoC dynamic energy is significant and the dynamic energy tends to stay prominent with the shrinking technology. We proposed two optimization techniques from the study of NoC links optimizations. These two techniques present different energy / latency compromises and a possible extension of this work could be the development of a transmission strategy in order to select the right technique according to the application requirements.


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