Modélisation et évaluation des performances d'un réseau hybride sur puce pour les architectures multi-cœurs

Modeling and Performance Evaluation of a Hybrid Network-on-Chip for Multi-Core Architectures

• Auteur / Autrice : Qaiser Ijaz
• Direction : El-Bay Bourennane
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Instrumentation et informatique de l'image
• Date : Inscription en doctorat le 15/10/2018
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ImViA - Laboratoire d'Imagerie et Vision Artificielle

Mots clés

Mots clés libres

Cmp

NoC

Rf

Hybride

Algorithme de routage

Topologie flexible

Cmp

NoC

WiNoC

Hybrid

Routing Algorithm

Flexible Topology

Résumé

Avec l'augmentation du nombre de cœurs de processeurs dans un appareil, les communications sur puce deviennent de plus en plus importantes pour la performance du multiprocesseur à puce (CMP). Le paradigme du réseau sur puce (NoC) a fait l'objet d'une attention considérable en tant que solution potentielle pour faciliter une intégration étendue dans les architectures multi-cœur. En ce qui concerne les communications longue distance multi-sauts, les infrastructures NoC câblées se heurtent à un certain nombre de problèmes de performance, en dépit de leurs avantages inhérents. Le RF-NoC est une solution attrayante qui offre des capacités de diffusion et des performances élevées. Cependant, des facteurs architecturaux et spécifiques aux applications ont un impact sur la gestion efficace des communications par radiofréquence (RF), qui est un élément crucial. Afin d'exploiter les avantages et de minimiser les inconvénients des deux solutions, cette thèse propose un réseau hybride sur puce (HNoC) amélioré, doté d'une topologie flexible et d'un routage frugal. Le principal avantage se situe au niveau de la latence et de la saturation grâce à l'utilisation optimale des réseaux sans fil basés sur les radiofréquences. L'amélioration des performances est obtenue par la gestion des ressources de communication au moyen d'un algorithme d'allocation de la largeur de bande radio et d'un algorithme de routage frugal qui optimise la consommation de radiofréquences en choisissant entre les réseaux câblés et les réseaux sans fil. L'architecture d'un réseau hybride sur puce a été modélisée dans SystemC en étendant la propriété intellectuelle de la bibliothèque SoCLib et du simulateur Noxim. La topologie flexible se distingue par un délai réduit de 11% par rapport à la topologie fixe et un délai réduit de 31% par rapport à un réseau maillé câblé pour des taux de transaction inférieurs. Une augmentation de 21% de la saturation a également établi la supériorité de l'algorithme de routage frugal. La conception hybride peut être utile pour remédier aux limites de la conception purement sans fil, et la capacité de diffusion ouvre de nouvelles voies pour la cohérence de la mémoire cache.

As the number of CPU cores in a device grows, on-chip communications become increasingly central to the performance of the chip multiprocessor (CMP). The network-on-chip (NoC) paradigm has garnered considerable attention as a potential resolution for facilitating extensive integration in multicore and manycore architectures. In regards to multi-hop long-distance communications, wired NoC infrastructures encounter a number of performance challenges, notwithstanding their inherent benefits. RF-NoC is an appealing solution that provides broadcast capabilities and high performance. However, architectural and application-specific factors have an impact on the effective management of radio frequency (RF) communications, which is a crucial component. To exploit the benefits and minimize the drawbacks of both, this thesis proposes an improved hybrid network-on-chip (HNoC) with a flexible topology and frugal routing. The key advantage is in terms of latency and saturation because of the optimal use of RF-based wireless networks. The performance improvement is achieved by managing the communication resources through a radio bandwidth allocation algorithm and a frugal routing algorithm that optimizes RF consumption by choosing between wired and wireless networks. The architecture of a hybrid network-on-chip has been modeled in SystemC by extending IP from the SoCLib library and Noxim simulator. The distinction of the flexible topology is exhibited by an 11% reduced delay compared to the fixed topology and a 31% shorter delay compared to a wired mesh network for lower transaction rates. A 21% increase in saturation has also established the superiority of the frugal routing algorithm. The hybrid design can be useful in addressing the limitations of purely wireless design, and the broadcast capability opens new avenues for cache coherence.