33069

شبكه بر تراشه سه بعدي تقريبي با توان مصرفي پايين

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي برق- الكترونيك

1396

1403/10/09

هادي شاه‌حسيني

/

دانشكده مهندسي برق

شبكه¬هاي بر تراشه بعنوان بستر ارتباطي پذيرفته شده در سامانه¬هاي بر تراشه، زمان و انرژي زيادي به كل سيستم براي ارتباط در شبكه‌هاي با تعداد هسته زياد تحميل مي‌كنند. با توجه به اينكه حجم بسته‌هاي عبوري در شبكه بسيار زياد است، مي‌توان با ارايه رويكردي براي كاهش طول و ميزان جابجايي داده‌ها در شبكه بر چالش توان مصرفي بالاي شبكه غلبه كرد. راهكارهايي مانند حذف بسته‌ها، پيش‌بيني داده‌ها در مقصد و فشرده‌سازي آن‌ها مي‌توانند تاثير مناسبي در ميزان و حجم جابجايي داده‌ها در شبكه داشته باشد. اما هر كدام از اين راهكارها، مقداري سربار محاسباتي و مساحتي به شبكه تحميل مي‌كنند و بايد هزينه‌ تحميلي به سيستم ناشي از اعمال اين روش‌ها كمتر از هزينه‌هاي ناشي از جابجايي بسته‌هاي بزرگ در شبكه باشد. علاوه بر اين، كنترل خطاي خروجي سيستم نيز از مسيله‌هاي مهم در اين زمينه است. روش‌هاي تقريبي نيز مي¬توانند به ارتباطات برتراشه اعمال شوند. در اين رساله، با بكارگيري تقريب در سطح ارتباطات بر تراشه، انرژي مصرفي شبكه به طور ميانگين 21 درصد در مقايسه با ساير روش‌هاي مقايسه شده در رساله كاهش مي‌يابد. بدين منظور، روشي براي كاهش حجم انتقال داده‌ها در شبكه بر تراشه ارايه مي¬شود در حاليكه دقت خروجي به ميزان 5.7 درصد در قياس با ساير روش‌هاي تقريبي مقايسه شده، كاهش مي‌يابد. يكي از عوامل افزايش توان مصرفي، منابع كم استفاده شبكه هستند. منابع مسيرياب‌ها شامل بافرها در بيشتر مواقع بجز زمان ازدحام شبكه، بيكار هستند. خالي بودن بافرها امكان اعمال روش‌هاي مديريت توان و منابع را براي غلبه بر چالش توان مصرفي بالاي شبكه فراهم مي‌كند. از طرفي، در اين برنامه‌ها بخش زيادي از تاخير شبكه به دليل ترافيك ناشي از عدم دسترسي به داده در حافظه نهان است. در اين پژوهش، از فضاي خالي بافرهاي ورودي مسيرياب براي كاهش ترافيك ناشي از عدم دسترسي به حافظه نهان استفاده مي‌شود كه باعث افزايش كارايي حافظه و كاهش مصرف انرژي تراشه به ميزان 14 درصد در مقايسه با ديگر ساختارهاي ذخيره‌سازي داده در مسيرياب مي‌شود. همچنين، با بكارگيري معماري شبكه¬هاي بر تراشه سه‌بعدي، تاخير در ارتباط بين هسته‌ها به طور ذاتي كاهش مي‌يابد. اما مدارهاي سه¬بعدي، در فركانس‌هاي بالا سبب افزايش دما در شبكه¬ و بخصوص در لايه-هاي بالاتر مي‌شوند. بدين منظور، از روش مقياس‌بندي ولتاژ منابع شبكه بعنوان ديگر روش ارتباطات تقريبي استفاده مي‌شود. تعداد فليت‌هاي اختلاف ارسالي به صورت تطبيقي با توجه به سه معيار ازدحام شبكه، كيفيت مورد نياز برنامه و لايه‌اي كه بسته از آن توليد مي‌شود، تعيين مي‌شود. همچنين، به منظور كاهش توان مصرفي ايستا در شبكه، روش سد توان به كار گرفته مي‌شود. به منظور جلوگيري از مسدود شدن بسته‌ها هنگام مواجه با مسيرياب خاموش نيز از مسيريابي به كمك گره مياني استفاده مي¬شود. بكارگيري روش پيشنهادي، توان مصرفي ايستا را به طور ميانگين به ميزان 33 درصد در مقايسه با ساير ساختارهاي سد توان در شبكه بر تراشه كاهش مي‌دهد.

1403/12/13

Low power 3D approximate Networks-on-Chip architecture

12/29/2025 12:00:00 AM

Data-intensive application imposes heavy traffic on NoC, in which cache miss mostly occurs. When the application encounters cache miss, the evicted L1 cache block is injected to the local routers for traversing the NoC and storing in L2 cache bank. However, this block may be re-referenced due to data locality. This imposes unnecessary traffic in the NoC, which occupies NoC resources. We store the approximate form of the packets in the empty virtual channels of the local routers to avoid packet transmission across the network. Therefore, the next request for this cache block can be replied from the local router. Then, we apply power-efficient voltage-scaling technique in NoC resources as reply from local router have been reduced network congestion, considerably. Nevertheless, voltage reduction trades the latency and system output reliability. As emerging applications accept a specified output error, we modify the architecture of the routers and links to scale the voltage of these resources for approximation parts of the applications. Therefore, the power consumption is significantly improved with no performance degradation. Also, we reduce the transmitted packet size by sending the differences between an adaptive predetermined value on the network and the data to be sent. To avoid hotspot creation, the number of transmitted flits is changed adaptively. To overcome output errors caused by using approximation techniques, a quality control mechanism is employed that compromises the output accuracy with energy consumption and maximize the approximation gain. To reduce the static power consumption, the router would be power gated after determined idle cycles. Powering on the routers incurs some performance penalty due to the wake-up latency of routers and results in more power consumption. In our work, the intermediate routing algorithm is used to increase the power-off time of the routers which reduces the static power consumption. In the case that there was no appropriate intermediate router, downward routing is employed. The power-off routers would be powered on when the congestion has occurred. Also, a threshold congestion value lower than the network congestion is determined to hide the wake-up latency of powered- off routers. In other words, we continue to route the packet by the intermediate routing algorithm to power-off routers on the path become completely awake.

شبكه بر تراشه سه بعدي , تقريب در ارتباطات

3D Network_on_Chip , Approximation in communication

Masoome Momeni

Dr. Shahriyar Shah hosseini