JP2008510337A - 集積回路において少なくとも１つのパケットにデータを割り当てる方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、集積回路における少なくとも１つのパケットにデータを割り当てるための方法であって、集積回路は、パケットが第１モジュールから少なくとも１つの第２モジュールに送信されるネットワークを有し、前記パケットの長さを決定する段階を有する方法に関する。パケットの長さは、静的な既知のパラメータに代えて、少なくとも１つの動的な既知のパラメータに基づいて決定され、そのことは、パケットのデータユニットの割り当てに関してフレキシビリティを高める。パケット化の方法は、ネットワークの通信チャネルを介して送信されるパケットの長さを決定するときに、ランタイム特徴を考慮する。

Description

本発明は、集積回路における少なくとも１つのパケットにデータを割り当てるための方法であって、集積回路はパケットが第１モジュールから少なくとも１つの第２モジュールに送信されるネットワークを有し、その方法はパケットの長さを決定する段階を有する、方法に関する。

本発明はまた、第１モジュールから少なくとも１つの第２モジュールに少なくとも１つのパケットを送信するためのネットワークを有する集積回路であって、集積回路はパケットにデータを割り当てるための手段を有し、その手段はパケットの長さを決定するようになっている、集積回路に関する。

シリコンに関連するシステムにおいては、新しい特徴及び既存の機能の改善を実施するための絶えず増大する要求のために複雑度が高くなっている。このことは、構成要素を集積回路に集積することができる密度を増加することにより可能である。同時に、集積回路が動作するクロック速度もまた、高速化する傾向にある。構成要素の高い密度と組み合わされた高速のクロック速度は、同じクロックドメイン内で同期して動作することができる領域を減少する。このことにより、モジュールの方法についての要請がもたらされた。そのような方法にしたがって、処理システムは、複数の比較的独立した複雑なモジュールを有する。従来の処理システムにおいては、それらのモジュールは、通常、単一のバスを介して互いに通信する。しかしながら、モジュール数が増加するにつれて、このような通信方法は、次の理由のために、もはや実際的ではない。第１に、多数のモジュールは大き過ぎるバス負荷をもたらす。第２に、１つの装置のみがバスにデータを送信することが可能であるため、バスは通信ボトルネックを構成する。そのような通信ネットワークは複数のチップをカバーすることが可能であり、そのようなタイプのネットワークは、しばしば、マルチチップネットワークと呼ばれている。マルチチップネットワークは、最近の開発において益々重要になってきている。

しばしば、ネットワークオンチップ（ＮｏＣ）と呼ばれる通信ネットワークは、ノードの集合（例えば、ルーター）と、それらのノード間の接続とを有する。それらのモジュールは、典型的には、所謂、ネットワークインターフェースを介してネットワークに接続されている。ネットワークインターフェースは、ネットワークに亘ってパケットに送信されるメッセージを分割するタスク（数あるタスクの中で）を有する。それらのタスクは、ネットワークを介する搬送のための補正フォーマットを有する。パケットは、典型的には、ヘッダ、テール及びペイロードを有する（図１参照）。ペイロードは、第１モジュールから１つ又はそれ以上の第２モジュールにネットワークを介して転送される必要があるデータを有する。１つ又はそれ以上のパケットにそれらのデータを有するメッセージを分割する処理を、しばしば、パケット化処理という。

パケット化中に、メッセージに有するデータは１つ又はそれ以上の部分に分割され、それらの部分は１つ又はそれ以上のパケットに割り当てられる。典型的には、そのようなパケットの長さは、パケット当たりの最大ペイロード及びメッセージのサイズのような既知のパラメータを静的に用いて決定される。例えば、メッセージ長がデータの１０単位であり、パケット当たりの最大ペイロードがデータの４単位である場合、メッセージは、データの４単位、データの４単位及びデータの２単位のペイロードをそれぞれ有する３つのパケットに分割されることができる。データの単位は、通常はワードであり、それ故、メッセージは、４ワード、４ワード及び２ワードのペイロードをそれぞれ有する３つのパケットに分割される。

文献“ＱｎｏＣ：ＱｏＳ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｎ ｃｈｉｐ”，ｂｙ Ｅｖｇｅｎｙ Ｂｏｌｏｔｉｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ５０（２００４）ｐａｇｅｓ１０５−１２８においては、パケット交換ネットワークについてのアーキテクチャについて記載されている。このアーキテクチャは、パケットがサービスの異なるクラスに属し、異なるクラスのパケットがインターリーブ方式で転送されるという意味で、所定のサイズを有するパケットについて優先度を用いることが可能である。高い優先度のパケットは、低い優先度のパケットの送信をプリエンプトすることができる。割り込まれた低い優先度のパケットの送信は、高い優先度のパケット全てが役割を果たした後にのみ、再開される。このことは、高優先度のデータトラフィックの迅速な処理を可能にするが、ネットワークのルータにおいて実施される比較的複雑な優先度の機構を必要とする。

パケット化の既知の方法の主な不利点は、ネットワークの性能に悪影響を与えることである。パケット化処理を実施するネットワークインターフェースは、第１モジュールからの終了メッセージを受信するまで待機するか又は、そのメッセージの最初の部分を受信したときに、そのパケット化処理を開始するかのどちらかである。第１の場合、バッファリングがネットワークインターフェースにおいて必要であり、待機時間が増加する。第２の場合、第１モジュールとネットワークインターフェースとの間の接続は、メッセージがネットワークインターフェースに供給されている間、占有されたまま維持される必要がある。このことは、メッセージが即座に到達しない場合、他のデータストリームについての待機時間の増加及びネットワークの不十分な利用の原因になる。第１モジュールは少なくともデータ単位の実質的な数を送信することを確実にすることを可能にするが、このことは、第１モジュールが特定の時間の期間の間に中断又は停止されないために、適用を制限しない。

他の不利点は、ハードウェア資源の点からネットワークのコストに関するものである。例えば、パケットに基づく通信が、時間ベースの回線交換ネットワークにおいて用いられる場合、パケットは、ルータのスロットテーブルにおいて確保された連続スロットの数に適合する必要がある。この制限を満足するように、通信の開始点が限定される必要がある。パケットが多くともｍスロット長であるとき、通信は、その点から、連続的なｍ個のスロットが再開される場合にのみ開始する。このことは、連続的なｍ個のスロットの少なくとも１つのブロックが確保される必要があるために、スロットテーブルにおいて確保するための可能性を減少させる。確保されたブロックは、殆どスロットを有しないブロックがそれらのパケットにより全くスキップされ、スロットの無駄がもたらされ、したがって、有用な帯域幅の無駄がもたらされるために、このサイズを有する必要がある。更に、確実なトラフィックサービスが与えられない状況にスロットの不足が繋がらないような確保が行われる必要がある。また、この状況下では要求される資源は多過ぎ、それ故、パケット化の方法は高価過ぎる。
"ＱｎｏＣ：ＱｏＳ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｎ ｃｈｉｐ"，ｂｙ Ｅｖｇｅｎｙ Ｂｏｌｏｔｉｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ５０（２００４）ｐａｇｅｓ１０５−１２８

本発明の目的は、集積回路の少なくとも１つのパケットにおいてデータを分配するための方法であって、集積回路のコストを低減する集積回路の性能に関してよい影響を有する、方法を提供することである。

上記目的は、請求項１の特徴的部分により特徴付けられる方法を提供することにより達成される。上記の目的はまた、請求項１の特徴的部分により特徴付けられる集積回路を備えることにより達成される。パケットの長さは、静的な既知のパラメータの代わりに動的な既知のパラメータに基づいて決定され、そのことは、パケットへのデータ単位の割り当てに関するフレキシビリティを高める。そのパケット化方法は、ネットワークの通信チャネルを介して送信されるパケットの長さを決定するとき、ランタイムの特徴を考慮する。

請求項２に記載の方法の実施形態にしたがって、パケット長は、パケットの末端に実質的に近いように決定され、そのことは、解決方法のフレキシビリティを更に高める。請求項３にしたがった方法の実施形態においては、パケット長はネットワークインターフェースにより決定される。

請求項４乃至１０に記載され且つ請求項１０を含む方法の実施形態は、動的な既知のパラメータの種々の実施例を有し、それらの実施形態については、以下の好適な実施形態の説明で説明する。それらの動的な既知のパラメータはそれぞれ、次のように表される。
− 第２モジュールに送信されるデータ量
− ネットワークインターフェースのキューにおいて利用可能であるデータの単位数
− スロットテーブルにおいて確保された連続スロット数
− ネットワークへのアクセスのためのネットワークインターフェースのペンディング要求数
− ネットワークへのアクセスのためのネットワークインターフェースのペンディング要求優先度
− ネットワークへのアクセスのためのネットワークインターフェースへのペンディング要求に関連するキューが満たされた範囲
− 現最大パケットサイズについてのランタイムインジケータ
本発明について、図を参照して詳細に説明する。

図１は、第１モジュールＭ_１、複数の第２モジュールＭ_２、Ｍ_３、．．．、Ｍ_ｎ及び複数のノードＮ_２、Ｎ_３、．．．、Ｎ_ｎを有するネットワークを有する既知の集積回路ＩＣを示している。データを有するメッセージは、例えば、第１モジュールＭ_１から第２モジュールＭ_２、Ｍ_３、．．．、Ｍ_ｎの一に又は２つ以上の第２モジュールに、ネットワークを介して送信されることができる。ネットワークのノードＮ_１、Ｎ_２、．．．、Ｎ_ｎは、例えば、適切な目的地にメッセージを通すように適合したルータであることが可能である。メッセージは、典型的には、ヘッダ、ペイロード及びテールを有するパケットに分割されている。ヘッダは、通常、パケットの最終目的地に関する情報、例えば、アドレス指定される第２モジュールのインジケータを有する。ペイロードは、第２モジュールに送信される必要がある実際のデータ（即ち、メッセージの一部）を有する。テールは、種々の目的のために、例えば、送信エラーを検出するために用いられる情報を記憶するために用いられることが可能である。

図２は、第１モジュールＭ_１、複数の第２モジュールＭ_２、Ｍ_３、．．．、Ｍ_ｎ及びネットワークにそれらのモジュールを結合させる少なくとも１つのネットワークインターフェースＮＩを有する既知の集積回路ＩＣを示している。ネットワークインターフェース（ＮＩ）は、モジュールについての種々のインターフェース機能を実行する構成要素である。ネットワークインターフェースは２つ以上のモジュールに結合され、そのネットワークインターフェースは、それ故、それらのモジュールのために前記インターフェース機能を実行し、異なるモジュールからのメッセージについての優先度又はアービトレーション機能を典型的には実行することに留意する必要がある。それらのモジュールは、送信されるメッセージについてのネットワークへのアクセスを要求するために、ときどき、要求器と呼ばれる。典型的には、ネットワークインターフェースＮＩはまた、送信のためのメッセージを準備するため、即ち、メッセージを部分に分割し、パケット間でそれらの部分を分配するための役割を果たす。

図３は、ネットワークを有する集積回路の少なくとも１つのパケットにおいてデータを分配するための既知の方法を示している。第１メッセージ１００及び第２メッセージ１０２は部分に分割され、パケット１０４ａ、１０４ｂ、．．．、１０４ｆにおいて分配される。第１メッセージ１００の部分１００ａはパケット１０４ａのペイロードＰに割り当てられ、部分１００ｂはパケット１０４ｂのペイロードＰに割り当てられる等であり、最終的に、第２メッセージ１０２の最終部分１０２ｃはパケット１０４ｆのペイロードＰに割り当てられる。各々のパケット１０４ａ、１０４ｂ、．．．、１０４ｆは、上記のように、ヘッダＨ、ペイロードＰ及びテールＴを有する。このパケット化の方法においては、パケット長は、パケット毎の最大ペイロード及びメッセージのサイズのような静的な既知のパラメータを用いて決定される。例えば、メッセージ長がデータの１０単位であり、パケット毎の最大ペイロードがデータの４単位である場合、メッセージは、データの４単位、４単位及び２単位のそれぞれのペイロードを有する３つのパケットに分割される。

このパケット化の方法の不利点は、ネットワークの性能が悪い影響を受けることである。他の不利点は、ハードウェア資源の点でネットワークのコストに関するものであり、要求される資源が多過ぎ、それ故、そのパケット化の方法は高価過ぎることである。それらの不利点は、根本的な問題点として、そのパケット化の方法がランタイムイベントを考慮しないことを有することである。パケットのサイズは、静的な既知のパラメータを用いて決定され、それ故、パケットのサイズは、特定のランタイム状況について適切に選択されない可能性がある。このような不利点の例について、図４に示している。

図４は、パケットＰＣＫＴの送信のタイミングをとる既知の方法を示している。

スロットテーブルにおける連続スロットの確保ＲＥＳが考慮される必要がある。概念的には、スロットテーブルはネットワークのルータ及びネットワークインターフェースＮＩに存在する。物理的には、スロットテーブルは、例えば、ネットワークインターフェースＮＩに存在する。送信されるパケットＰＣＫＴの送信は３つの連続スロットに適合するため、スロットテーブルにおいて確保された連続スロットＲＥＳの最小数は３である。連続スロットの第１の利用可能なブロックは１つのスロットのみを有し、第２の利用可能なブロックは２つのスロットを有し、それらの両方のブロックは、サイズ３のパケットＰＣＫＴを割り当てるには十分大きくないため、パケットＰＣＫＴの送信は、Ｔ１まで開始しない。しかしながら、十分なサイズのブロックがＴ０で確保される場合、送信はＴ０で開始することが可能である。この状況は時間及び資源の無駄をもたらす。

本発明にしたがったパケット化の方法は、パケットのサイズを決定するために動的な既知のパラメータを用いることによりランタイムイベントを考慮する。そのような動的な既知のパラメータの例は次のようなものである。
− アドレス指定されたモジュールに送信されるデータ量（フロー制御）
− ネットワークインターフェースのキューにおいて利用可能なデータ量
− スロットテーブルにおける連続スロットの確保されたブロックの利用可能性
− ネットワークへのアクセスについての他の要求数
− そのような他の要求の優先度
− そのような他の要求と関連するキュー
− そのような他の要求と関連するキューの充填度
− 現最大パケットサイズについてのランタイムインジケータ
パケット長は、最新の瞬間に、例えば、パケットの終端近く又は直前に決定され、そのことは、解決方法のフレキシビリティを高める。動的な既知のパラメータの種々の例について、ここで説明する。

アドレス指定されたモジュールに送信されることができるデータ量は、典型的には、クレジットに基づくフロー制御機構を用いて決定される。このデータ量が比較的大きい場合、アドレス指定されたモジュールへの送信のために、より大きいパケットが構築される。ネットワークインターフェースのキューにおいて利用可能なデータ量は他のパラメータであり、送信チャネルの入力側における状況を反映している。比較的大きいデータ量がキューに存在する場合、より有効なパケットがより大きくなる。送信チャネルの入力側のデータ量及び送信チャネルの出力側のデータ量の両方は適切なパケット長を決定するために重要であるという意味で、それらの動的な既知のパラメータは相補的であることが理解できるであろう。そのパケット化の方法は、パケット長を決定するためにそれらのパラメータの組み合わせを用いることが可能である。

スロットテーブルにおける連続スロットの確保されたブロックの利用可能性に基づいてパケット長を決定することについて、図５を参照して説明する。

ネットワークへのアクセスのための他の要求の数は、関連する動的な既知のパラメータの他の例である。ネットワークへのアクセスのための要求が多く存在する場合、全ての要求が許可され、擬似的な同時方法で進められるように、パケット長は短くするように選択されることが可能である。そのような他の要求の優先度はまた、適切なパケット長を決定するとき、重要である。更に、そのような他の要求に関連するキューの充填度は重要なランタイムパラメータであり、それについては、図６を参照して説明する。また、そのパケット化の方法は、パケット長を決定するためのそれらのパラメータの組み合わせを用いるこが可能であることが理解できるであろう。

最大パケットサイズについてのランタイムインジケータはまた、パケット長を決定するために活用されることができる。例えば、このランタイムインジケータの値を決定するように、往復待機時間を用いることができる。

図５は、本発明にしたがったパケットの送信のタイミングをとる方法を示している。この実施例においては、パケットＰＣＫＴ長は、スロットテーブルにおける連続スロットの確保されたブロックＲＥＳの利用可能性に基づいて決定される。Ｔ０においては、１つのスロットのブロックが利用可能であり、次のスロットは充填され、それ故、２つのスロットが利用可能である。メッセージは、１スロット及び２スロットそれぞれの２つのパケットに動的に分割される。このように、メッセージの送信は、Ｔ１に変えてＴ０で開始する。

図６は、ネットワークインターフェースＮＩにおけるキュー機構の実施例を示している。この実施例においては、パケット長は、ネットワークへのアクセスのための他の要求を満足することに基づいて決定される。第１モジュールＭ_１は、第１メッセージを送信するためのネットワークへのアクセスを要求する。第２モジュールＭ_２は、第２メッセージを送信するためのネットワークへのアクセスを要求する。第１メッセージのデータは、ネットワークインターフェースＮＩに有する第１キュー１０６に入れられる。第２メッセージのデータは、ネットワークインターフェースＮＩに有する第２キュー１０８に入れられる。パケット化ユニット１１０はキュー１０６及び１０８へのアクセスを読み取る。パケット化ユニット１１０はマルチプレクサユニット１１２を制御し、マルチプレクサユニット１１２は、ネットワークへの出力Ｏにおける配置のためにキュー１０６及び１０８からのデータを選択するように備えられている。図６から理解できるように、第１キュー１０６はデータで満たされるが、その第１キュー１０６はフルではない。第２キュー１０８は完全にデータで満たされ、その第２キュー１０８が空にされない場合、第２モジュールＭ_２はもはや、その第２キュー１０８にデータを送信することができない。

パケット化ユニット１１０が最先端技術のパケット化方法に適用される場合、第２キュー１０８がフルであることを考慮しない。図７は、図６に示すようなネットワークインターフェースの出力信号を生成する既知の方法を示している。その実施例においては、フリット数ｎについて連続する第１キュー１０６において十分なデータ単位が存在し、最大パケット長が十分であるため、パケット化ユニット１１０は、出力Ｏにおける配置について、第１キュー１０６からデータを選択しなければならないことを決定する。第２キュー１０８がフルになった場合、ネットワークインターフェースＮＩと第２モジュールＭ２との間の通信は阻止され、そのことは、このモジュールが実行を停止することを強制する。それ故、瞬間ｔにおいて、時間経過と共に、第１キュー１０６におけるデータが処理されてしまうまで、第２モジュールＭ２は待機している。時間ｔ＋ｎにおいて、第１キュー１０６は空であり、第２キュー１０８からのデータは、出力Ｏにおける配置のために選択されることができる。

図８は、本発明にしたがった出力信号を生成する方法を示している。パケット化ユニット１１０が、本発明にしたがったパケット化方法を適用する場合、瞬間ｔにおける第２キュー１０８の‘キューフル’状態の検出は、第１キュー１０６からのデータの処理における中断に繋がる。このようにして、第２モジュールＭ２は行き詰まらない。第２キュー１０８が、ｍ個のフリットについて継続する十分なデータを有する場合、瞬間ｔ＋ｍにおいて、第１キュー１０６からのデータが再び、選択される。

ネットワークへのアクセスのためのペンディング要求を参照する場合、ペンディング要求についての調停処理を最適化する、ペンディング要求についてのクレジットに基づくエンドツーエンドフロー制御機構を用いることが可能である。ペンディング要求は、それ故、利用可能なデータ及びクレジットの最小である。このことは請求項７、８及び９に関連し、‘ペンディング要求’をこのように解釈することができるものである。

本発明における保護の範囲は上記の実施形態に限定されないことを注記しておく。用語‘を有する’は、請求項に記載されている構成要素以外の構成要素を排除するものではない。要素の単数表現は、それらの要素オン複数の存在を排除するものではない。本発明の構成要素を構成する手段は、専用ハードウェアの形又はプログラムされた汎用プロセッサの形の両方で実施されることが可能である。本発明は、各々の新規の特徴又は特徴の組み合わせに帰属する。

第１モジュール、複数の第２モジュール及びネットワークを有する従来の集積回路を示す図である。 第１モジュール、複数の第２モジュール、ネットワーク及びネットワークに第１モジュールを結合したネットワークインターフェース１４０を有する従来の集積回路を示す図である。 ネットワークを有する集積回路の少なくとも１つのパケットにおいてデータを分配するための従来の方法を示す図である。 パケットの送信のタイミングをとる従来の方法を示す図である。 本発明にしたがった、パケットの送信のタイミングをとる方法を示す図である。 ネットワークインターフェースにおけるキュー機構の実施例を示す図である。 図６に示すネットワークインターフェースの出力信号を生成する従来の方法を示す図である。 本発明にしたがった、図６に示すネットワークインターフェースの出力信号を生成する従来の方法を示す図である。

Claims (11)

1. 集積回路における少なくとも１つのパケットにデータを割り当てるための方法であって、前記集積回路は、前記パケットが第１モジュールから少なくとも１つの第２モジュールに送信されるネットワークを有し、前記方法は、前記パケットの長さを決定する段階を有する方法であり、前記パケットの前記長さは少なくとも１つの動的な既知のパラメータに基づいて決定され、前記パラメータの値は、前記集積回路が動作しているときに認識されることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記パケットの前記長さは前記パケットの最後の実質的に近くで決定される、ことを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、前記パケットの前記長さはネットワークインターフェースにより決定される、ことを特徴とする方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記動的な既知のパラメータは、前記第２モジュールに送信されることができるデータの量を表す、ことを特徴とする方法。
5. 請求項３に記載の方法であって、前記動的な既知のパラメータは、前記ネットワークインターフェースのキューにおいて利用可能であるデータ単位の数を表す、ことを特徴とする方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、前記動的な既知のパラメータは、スロットテーブルにおいて確保された連続スロットの数を表す、ことを特徴とする方法。
7. 請求項３に記載の方法であって、前記動的な既知のパラメータは、前記ネットワークへのアクセスのための前記ネットワークインターフェースへのペンディング要求の数を表す、ことを特徴とする方法。
8. 請求項３に記載の方法であって、前記動的な既知のパラメータは、前記ネットワークへのアクセスのための前記ネットワークインターフェースへの複数のペンディング要求の数を表す、ことを特徴とする方法。
9. 請求項３に記載の方法であって、前記動的な既知のパラメータは、前記ネットワークへのアクセスのための前記ネットワークインターフェースへのペンディング要求に関連する前記キューが満たされている範囲を表す、ことを特徴とする方法。
10. 請求項１に記載の方法であって、前記動的な既知のパラメータは、現最大パケットサイズについてのランタイムインジケータである、ことを特徴とする方法。
11. 第１モジュールから少なくとも１つの第２モジュールに少なくとも１つのパケットを送信するためのネットワークを有する集積回路であって、前記集積回路は、前記パケットにデータを割り当てるための手段を有し、前記手段は前記パケットの長さを決定するように備えられている、集積回路であり、前記手段は、少なくとも１つの動的な既知のパラメータに基づいて前記パケットの前記長さを決定するように更に備えられ、前記パラメータの値は、前記集積回路が動作しているときに認識されることを特徴とする集積回路。
    

Images