26293

مديريت توان در شبكه بر تراشه سه بعدي نيمه متصل

كارشناسي ارشد

مهندسي برق- الكترونيك

1396

1400/09/22

دكتر هادي شهريار شاه حسيني

مهندسي برق

با پيشرفت فناوري و افزايش تعداد هسته¬هاي پردازشي روي تراشه، شبكه¬هاي بر تراشه به عنوان يك زيرساخت ارتباطي كارآمد و مقياس¬پذير براي برقراري ارتباط بين تعداد بالاي واحد پردازشي در سيستم-هاي چندپردازنده¬اي مدرن معرفي شدند. كاهش اندازه فناوري مصرف توان ايستا را به يكي از مسائل مهم در شبكه¬هاي بر تراشه تبديل كرده است. بخش قابل‌توجهي از اين توان صرف اجزاء پرمصرف بافر مي¬شود كه خيلي وقت¬ها بيكارند. اين مسئله در شبكه¬هاي سه¬بعدي نيمه متصل اهميت بسياري پيدا مي¬كند؛ چرا كه به دليل محدوديت در تعداد اتصالات عمودي و استفاده اشتراكي از آنها معمولا از بافرهاي زيادي استفاده مي¬شود تا شبكه دچار بن¬بست نشود كه اين توان مصرفي شبكه را به طور قابل ملاحظه¬اي بالا مي¬برد. لذا معمولاً از روش قطع تغذيه سيستم به صورت گسترده در شبكه¬هاي بر تراشه استفاده مي¬شود تا با حذف توان مصرفي اجزاء پرمصرف در زمان بيكاري، بتوان توان مصرفي شبكه را كاهش داد. بنابراين اعمال اين روش بر روي بافرها مي¬تواند تأثير خوبي در كاهش مصرف توان شبكه¬هاي سه¬بعدي نيمه متصل¬ بگذارد. اما بكارگيري آن نيازمند يك الگوريتم مسيريابي مناسب براي ايجاد شرايط لازم در اين شبكه¬ها است، زيرا به دليل استفاده اشتراكي از برخي منابع و نيز پراكندگي بار در شبكه نمي‌توان منابع را به ‌طور پيوسته خاموش كرد. در اين پروژه يك الگوريتم مسيريابي نيمه وفقي براي شبكه‌هاي بر تراشه سه‌بعدي نيمه متصل پيشنهاد مي¬شود كه با عبور بسته¬ها از مسيرهاي پرتردد، دوره بيكاري را در منابع كم¬كار بيشتر مي¬كند تا بتوان با بيشتر خاموش نگه داشتن آنها به روش قطع تغذيه سيستم كمك كرد تا بيشترين تاثير را بر كاهش توان شبكه بگذارد. همچنين براي جلوگيري از ايجاد ازدحام در اين مسيرها شرطي تعيين شده است كه مطابق با آن بسته تنها مجاز است از مسيرهايي عبور كند كه ظرفيت بافرهاي موجود در آن در يك رنج مشخص قرار داشته باشد. به اين ترتيب ابتدا بررسي مي¬كند كه از بين مسيرهاي شلوغ¬تر تا مقصد‌ ظرفيت كدام يك در حد تعيين شده قرار دارد؛ اگر در محدوده مجاز بود آن را انتخاب مي¬كند و به‌صورت XY يا YX به سمت آن مي¬رود. در غير اين صورت مسير ديگري را انتخاب مي¬كند تا از ازدحام جلوگيري كند. نتايج شبيه¬سازي نشان مي¬دهد كه مسيريابي پيشنهادي با افزايش دوره بيكاري در بافرهاي كم¬كار توانسته است بخش خوبي از توان مصرفي را ذخيره كند كه در مقايسه با روش¬هاي ديگر داراي 18% بهبود است. همچنين استفاده از اين روش تأخير ارسال بسته¬ها را تا 25% در ترافيك مصنوعي و 23% در ترافيك واقعي بهبود مي¬بخشد.

1401/01/14

Power management in partially-connected 3D Network-on-Chip

12/13/2022 12:00:00 AM

With advance in technology and increasing in the number of processing cores on a single chip, Network-on-Chip(NoC) introduced as a scalable communication infrastructure to communicate between a large numbers of cores in modern MultiProcessor Systems-on-Chip(MPSoC). Shrinking in the size of technology has lead in increasing the static power consumption of the chip. NoC contributes in a significant part of power consumption, which mostly due to static power of high-consumption and idle components, such as buffers. Therefore, the power-gating technique is widely used as an efficient technique to reduce static power in NoC. Power consumption is a big concern of partially-connected 3D-NoCs in which due to the limit number of vertical links which are shared between all nodes in each layer, the use of additional buffers is necessary and these buffers consume high static power. Therefore, applying power-gating technique on these idle resources can have a significant effect on reducing the power consumption of the networks and improves the power of the whole the chip. However, using this technique requires a suitable routing algorithm to create the necessary conditions in networks on a partially-connected 3D-NoC. Because, due to the shared use of some resources and also scattering of packets, the resources cannot be continuously be turned off in these networks. In this project, we present a routing algorithm for partially-connected 3D-NoCs that routes packets in a way, which concentrates idleness in some parts of the network to satisfy the condition for power-gating high-consumption buffers and by keeping them off for longer periods saves more static in the network. It also improves the packet latency in the network. In this way, by management of routing packet, the power consumption in the network can be managed. There are also restrictions on path selection to avoid congestion at nodes on busy routes. In this way, the packet is only allowed to be routed through paths where the buffer occupancy of them is in a certain range. The algorithm first checks the buffer occupancy of all allowed paths for packet from source to the destination and selects more congested one which doesn’t exceed of determined range for its buffer occupancy and use XY or YX routing to reach destination node. To implement this routing algorithm, we have divided the network into three sub-networks, each of which allows packets to move through only some channels. So this routing algorithm is partially adaptive. The simulation results show that our proposed method by increasing the period of idleness in buffers can significantly save the power consumption, which has 18% improvement compared to other methods. Using this method also improves packet latency by up to 25% in synthetic traffic and 23% in real traffic.

شبكه بر تراشه , مسيريابي , توان مصرفي ايستا , ازدحام , مديريت توان

Network-on-Chip , routing algorithm , congestion , static power consumption , Power management

Mitra Moalemnia

Dr. Hadi Shahriar Shahhoseini