شبکه درون یک تراشه

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

شبکه درون تراشه ای یا شبکه درون یک تراشه (ناک (NOC یا NoC)) یک زیرسیستم ارتباطی درون یک مدار مجتمع (که به طور معمول یک "تراشه" نامیده می شود) است که نوعاً ارتباط بین هسته های IP در یک سیستم درون یک تراشه (ساک SoC) را فراهم می سازد. ناک ها می توانند دامنه های ساعت همزمان و ناهمزمان را پوشش دهند یا منطق ناهمزمان بدون ساعت را استفاده کنند. تکنولوژی ناک تئوری شبکه و روشهای ارتباط درون تراشه ای را به کار می برد و پیشرفتهای قابل توجه ای را نسبت به اتصالات بر پایه گذرگاه و کراسبار (crossbar) اولیه به همراه می آورد. ناک مقیاس پذیری ساک ها را بهبود می دهد و استفاده از انرژی در ساک های پیچیده را نسبت به طرح های دیگر بهینه می سازد.

مدل[ویرایش]

شبکه درون تراشه ای مدلی نوظهور برای ارتباطات درون سیستمهای VLSI بزرگ پیاده سازی شده بر روی یک تراشه سیلیکونی است. پژوهشگری (Sgroi) و همکارانش "راه حل پشته-لایه ای برای طراحی ارتباطات بین هسته ای درون-تراشه را متد شبکه–درون-تراشه (ناک)" می نامند. در یک سیستم ناک پیمانه ها مانند هسته های پردازشگر، حافظه ها و بلوکهای IP ویژه با استفاده از یک شبکه مانند یک زیرسیستم "حمل و نقل عمومی" برای ترافیک اطلاعات، داده را رد و بدل می کنند. یک ناک از چندین لینک داده نقطه-به-نقطه که با استفاده از سوئیچ ها (مسیریاب ها) به هم متصل می شوند، ساخته می شود به اینگونه که پیامها می توانند از هر پیمانه منبع به هر پیمانه مقصد از راه چندین لینک با استفاده از تصمیم های مسیریابی در سوئیچ ها انتقال یابند. یک ناک شبیه به شبکه مخابراتی مدرن با استفاده از سوئیچینگ بیت-بسته دیجیتال در طول لینکهای مالتی پلکس شده می باشد. هرچند سوئیچینگ بسته ای گاهی برای یک ناک لازم فرض می شود، چندین طرح پیشنهادی ناک با استفاده از روشهای سوئیچینگ مداری وجود دارد. این تعریف بر پایه مسیریاب ها معمولاً اینگونه تفسیر می شود که یک گذرگاه اشتراکی تنها، یک سوئیچ کراسبار تنها یا یک شبکه نقطه-به-نقطه، ناک محسوب نمی‌شوند اما به طور عملی تمام توپولوژیهای دیگر ناک محسوب می شوند. این تعریف تا حدی گیج کننده است زیرا همه موارد ذکر شده شبکه هستند (آنها ارتباط بین دو یا بیشتر از دو وسیله را فراهم می سازند) اما آنها به عنوان روش های شبکه-درون-تراشه در نظر گرفته نمی‌شوند.

موازی سازی و مقیاس پذیری[ویرایش]

سیم ها در لینک های ناک توسط بسیاری از سیگنال ها به اشتراک گذاشته می شوند. سطح بالایی از موازی سازی به دست می آید زیرا همه لینک ها در ناک می توانند به طور همزمان روی بسته های داده مختلف کار کنند. بنابراین همانگونه که سیستمهای مجتمع پیچیده تر می شوند یک ناک کارکرد بهتری (مانند توان) و مقیاس پذیری در مقایسه با معماریهای ارتباطی پیشین (مانند سیم های سیگنال نقطه-به-نقطه ویژه، گذرگاه های اشتراکی یا گذرگاه های بخش بندی شده با پل ها) را فراهم می سازد. البته الگوریتم ها باید به گونه ای طراحی شوند که موازی سازی بیشتری را فراهم آورند و بتوانند استفاده بهتری از ویژگی های ناک را به همراه آورند.

مزایای استفاده از ناکها[ویرایش]

به طور سنتی مدارهای مجتمع با اتصالات نقطه-به-نقطه ویژه همراه با سیمی مخصوص برای هر سیگنال طراحی شده اند. به ویژه برای طراحی های بزرگ اینگونه اتصالات از دیدگاه طراحی فیزیکی محدودیت هایی را به همراه می آورد. سیم ها بیشتر فضای تراشه را اشغال می کنند و در تکنولوژی CMOS نانومتری، اتصال ها کارکرد و اتلاف انرژی دینامیک را تحت تاثیر قرار می دهند چرا که انتشار سیگنال در سیم ها در طول تراشه به چندین سیکل ساعت نیازمند است. (قانون Rent را برای بحثی پیرامون نیازمندی های سیم کشی برای اتصال های نقطه-به-نقطه ببینید).
لینک های ناک می توانند پیچیدگی طراحی سیم ها برای سرعت قابل پیش بینی، انرژی، نویز، اتکا پذیری و غیره را کاهش دهند. چرا که ساختار منظم و کنترل شده ای دارند. از دیدگاه طراحی سیستم با پیدایش سیستم های پردازشگر چند هسته ای، یک شبکه یک گزینه معماری طبیعی می باشد. یک ناک می تواند بخش های محاسباتی و ارتباطی را از هم گسسته سازد، از طراحی پیمانه ای و بازاستفاده ازIP از راه واسط های استاندارد پشتیبانی کند، مشکلات همزمان سازی را حل کند، به عنوان بستری برای سنجش سیستم استفاده شود و بنابراین سودمندی مهندسی را افزایش دهد.

پژوهش درباره شبکه های درون-تراشه[ویرایش]

هرچند ناک ها می توانند مفاهیم و تکنیک هایی را از دامنه تثبیت شده شبکه های کامپیوتری وام بگیرند، امابازاستفاده کورکورانه از ویژگی های شبکه های کامپیوتری کلاسیک و چندپردازشگرهای متقارن عملی نمی‌باشد. به ویژه سوئیچ های ناک باید کوچک باشند، مصرف انرژی بهینه داشته باشند و سریع باشند. چشم پوشی از این موارد همراه با مقایسه کمی و مناسب نوعاً برای پژوهش درباره ناک ابتدایی بود اما این روزها موارد ذکر شده با جزئیات بیشتری در نظر گرفته می شوند. الگودیتم های مسیریابی باید با منطق ساده پیاده سازی شوند و تعداد بافرهای داده باید کوچک باشد. توپولوژی شبکه و ویژگی ها می توانند مناسب کاربردی خاص باشند.
برخی پژوهشگران فکر می کنند که ناک ها نیاز به پشتیبانی از کیفیت خدمات (QoS) دارند، بدین معنا که نیازهای گسترده ای همچون توان، تاخیر انتها-به-انتها و ضرب الاجل ها را پوشش دهند. محاسبات همزمان شامل بازنواخت صوتی و تصویری، دلیلی بر فراهم آوردن پشتیبانی از QoSاست. هرچند پیاده سازی های سیستم های رایج مانندRTLinux ، VxWorks یا QNX قادر به دستیابی به محاسبات همزمان میلی ثانیه ای بدون سخت افزار ویژه هستند. نیاز به گفتن است که برای بسیاری از کاربردهای همزمان، کیفیت خدمات ساختار اتصال درون- تراشه موجود کافی می باشد و سخت افزار ویژه برای دستیابی به دقت میکروثانیه ای لازم است، دقتی که به ندرت در عمل برای کاربرهای نهایی نیاز است (جیتر صدا یا تصویر تنها به گارانتی تاخیر یک دهم میلی ثانیه نیاز دارد). انگیزه دیگر برای کیفیت خدمات سطح ناک، پشتیبانی از چندین کاربر همروند است که دارای منابع مشترک یک تراشه چند پردازشگر در یک ساختار رایانش ابری عمومی هستند. در چنین مواردی منطق QoS سخت افزاری فراهم آورنده خدمات برای ساختن گارانتی های عملیاتی در سطح خدماتی که یک کاربر دریافت می کند را توانا می سازد، یک ویژگی که از دید برخی از مشتریهای دولتی یا شرکتها مطلوب پنداشته می شود.
تا امروز چندین نمونه اولیه ناک در صنعت و دانشگاه طراحی و آنالیز شده اند اما تنها تعداد کمی بر روی سیلیکون پیاده سازی شده اند. هرچند بسیاری از مشکلات پژوهشی چالش برانگیز برای حل در تمام سطوح باقی می مانند، از سطح پیوند فیزیکی تا سطح شبکه و تمام مراحل تا معماری سیستم و نرم‌افزار کاربردی. اولین سمپوزیوم پژوهشی ویژه درباره شبکه های درون تراشه ای در دانشگاه پرینستون در می 2007 بر‌گزار شد.[۱] دومین سمپوزیوم بین‌المللی IEEE درباره شبکه های-درون-تراشه در آوریل 2008 در دانشگاه نیوکاسل بر‌گزار شد.[۲][۳]
پژوهش درباره وسایل و موجبرهای نوری مجتمع شامل یک شبکه نوری درون یک تراشه انجام شده است (ONoC).[۴]

طرازسنجی ناک[ویرایش]

پیشرفت و ارزیابی ناک نیازمند مقایسه طرح ها و گزینه های پیشنهادی می باشد. الگوهای ترافیک ناک برای کمک به چنین ارزیابی هایی به وجود می آیند. طرازسنج های ناک موجود شامل NoCBench و MCSL NoC Traffic Patterns می باشند.

فراهم آورندگان تجاری راه حلهای مبتنی بر ناک[ویرایش]

بیشتر بدانید[ویرایش]

پانویس[ویرایش]

منابع[ویرایش]

Network_on_a_chip ویکی‌پدیای انگلیسی

پیوند به بیرون[ویرایش]