JP4791530B2 - 電子デバイス及びフロー制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子デバイス及び電子デバイス内のフロー制御方法に関する。

ネットワーク・オン・チップ（ＮＯＣ）は、いわゆるＩＰブロック、すなわち、ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙブロック間の将来のオン・チップ相互接続のための可能な手段となりうるスケーラブルなインターコネクト構成であると認められていた。ＩＰブロックは、通常はＣＰＵ、メモリ、デジタル信号プロセッサなどの特定機能を有するチップ上のモジュールである。ＩＰブロックは、ＮｏＣを介し互いに通信する。ＮｏＣは、典型的にはネットワークインタフェース及びルータから構成される。ネットワークインタフェースは、ＩＰブロックとＮｏＣとの間のインタフェースを提供する。すなわち、それらはＩＰブロックからの情報をＮｏＣが理解することができる情報に、又はそれと反対に変換する。ルータは、１つのネットワークインタフェースからのデータを他のネットワークインタフェースに転送する。ベストエフォート通信では、通信のスループットの遅延に関して保証はない。ギャランティタイプのスループットサービスでは、遅延及びスループットの正確な数値が要求される。

ＮｏＣ内の通信はパケットベースであり、すなわち、パケットはルータ間若しくはルータとネットワークインタフェースとの間で転送される。パケットは、典型的にはヘッダとペイロードから構成される。ネットワークインタフェースがＩＰブロックからＮｏＣへの情報を変換するとき、ネットワークインタフェースは、典型的にはメーカー／コンシューマ（ＩＰブロック）とネットワークとの間のレート差と共にラウンドチップ遅延を隠蔽するため、ある種のバッファリングを実行する。Ａｎｄｒｅｉ Ｒａｄｕｌｅｓｃｕらによる“Ａｎ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｎ−Ｃｈｉｐ ＮＩ Ｏｆｆｅｒｉｎｇ Ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，Ｓｈａｒｅｄ−Ｍｅｍｏｒｙ Ａｂｓｔｒａｃｔｉｏｎ，ａｎｄ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ”（ＩＥＥＥ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍｓ，ｖｏｌｕｍｅ ２４，Ｎｏ．１，Ｊａｎｕａｒｙ ２００５）では、ネットワークインタフェースにおけるバッファのオーバフローを回避するため、クレジットに基づくフロー制御機構の実現が記載されている。コンシューマネットワークインタフェースは、コンシューマが使用しているネットワークインタフェースからデータを削除するとき、メーカーのネットワークインタフェースにクレジットを送信する。クレジット値は、先のクレジットが送信された後、コンシューマにより使用されるデータ量を示している。限定数のビットが、クレジット情報を転送するため確保され、典型的にはパケットヘッダにピギーバック（ｐｉｇｇｙｂａｃｋ）される。

本発明の課題は、改良されより効率的なフロー制御を備えた電子デバイス及びフロー制御方法を提供することである。

上記課題は、請求項１記載の電子デバイス及び請求項６記載のフロー制御方法により解決される。

このため、複数の処理ユニットと、前記複数の処理ユニットを接続するインターコネクト手段と、前記処理ユニットの１つと前記インターコネクト手段との間に配置され、前記処理ユニットと前記インターコネクト手段との間の通信を可能にする複数のインタフェース手段とを有する電子デバイスが提供される。前記処理ユニット間の通信は、前記インタフェース手段と前記インターコネクト手段とを介したパケットベース通信である。各パケットはまず、ペイロードに先行する第１ヘッダを有する。前記インタフェース手段は、フロー制御クレジット情報に基づき２つの処理ユニット間の通信フローを制御し、前記第１ヘッダを各パケットに挿入し、さらに要求されるフロー制御クレジット情報の量に従って、第２ヘッダをパケットに挿入するフロー制御手段を有する。

従って、より多くのクレジット情報が、十分なクレジット情報が導入可能となるように、必要に応じて通信に挿入可能となる。

本発明の一特徴によると、フロー制御手段は、フロー制御のスタティックな実現が達成されるように、所定の位置に第２ヘッダを挿入することが可能となる。

本発明の一特徴によると、インタフェース手段は、フロー制御情報を有するスロットテーブルを有し、フロー制御手段は、スロットテーブルに格納されているフロー制御情報に従って第２ヘッダを挿入するよう構成される。

本発明の一特徴によると、フロー制御手段は、フロー制御クレジット情報が所定値を超える場合、第２ヘッダを挿入するよう構成される。従って、フロー制御は、ダイナミックに実行され、通信の実際の要求により良好にマッチさせることが可能となる。

本発明はまた、複数の処理ユニットと、前記複数の処理ユニットを接続するインターコネクト手段と、前記処理ユニットの１つと前記インターコネクト手段との間に配置され、前記処理ユニットと前記インターコネクト手段との間の通信を可能にする複数のインタフェース手段とを有する電子デバイスにおけるフロー制御方法に関する。前記処理ユニット間の通信は、前記インタフェース手段と前記インターコネクト手段とを介したパケットベース通信である。各パケットはまず、ペイロードに先行する第１ヘッダを有する。２つの処理ユニット間の通信フローは、フロー制御クレジット情報に基づき制御される。前記第１ヘッダが、各パケットに挿入される。さらに要求されるフロー制御クレジット情報の量に従って、第２ヘッダが挿入される。

本発明は、ＮｏＣを介した通信に追加的な冗長ヘッダを導入し、当該追加的ヘッダがフロー制御クレジット情報を搬送するのに使用されるというアイデアに基づくものである。

本発明の上記及び他の特徴は、以下の図面に関連して後述される実施例を参照することにより明らかになるであろう。

図１ａは、第１実施例によるネットワーク・オン・チップ（ＮｏＣ）インターコネクトを備えたシステム・オン・チップの基本構成を示す。複数のＩＰブロックＩＰが、ＮｏＣを介し互いに接続されている。ＮｏＣは、ＩＰブロックＩＰとＮｏＣとの間のインタフェースを提供するネットワークインタフェースＮＩを有する。ＮｏＣはさらに、複数のルータＲを有する。ネットワークインタフェースＮＩは、ＩＰブロックからの情報をＮｏＣにより処理可能なプロトコルに、又はその反対に変換する。ルータＲは、１つのネットワークインタフェースＮＩからのデータを他のネットワークインタフェースに転送する。ネットワークインタフェースＮＩ間の通信は、それらの間にあるルータＲの個数に依存するだけでなく、ルータＲのトポロジーにも依存する。ルータＲは完全接続、２次元メッシュ接続、リニアアレイ接続、トーラス接続、折り畳みトーラス接続、バイナリツリー接続又はファットツリー接続されるかもしれない。ＩＰブロックＩＰは、ＣＰＵ、メモリ、デジタル信号プロセッサなどの特定若しくは専用機能を備えたチップ上のモジュールとして実現することができる。

ＮｏＣを介し転送されるＩＰブロックＩＰからの情報は、ネットワークインタフェースＮＩにおいて可変長のパケットに変換される。ＩＰブロックＩＰからの情報は、典型的には、ネットワークを介し転送される実データ及びアドレスに先行するコマンドを有する。ネットワークインタフェースＮＩは、ＩＰブロックＩＰからの情報をパケットと呼ばれる部分に分割し、各パケットにパケットヘッダを追加する。このようなパケットヘッダは、ネットワークを介したデータの送信を可能にする付加情報を有する（例えば、デスティネーションアドレス、ルーティングパス、フロー制御情報など）。従って、各パケットは、ＮｏＣを介し移動可能なフリット（フロー制御デジット）に分割される。フリット（ｆｌｉｔ）は、制御が行われる最小単位としてみなすことができる。エンド・ツーエンドフロー制御は、デスティネーションバッファにおいて利用可能なスペースが十分ない場合にはデータが送信されないことを保証する必要がある。

図１ｂは、図１ａによるＮｏＣにおける通信に利用されるパケットの概略表示を示す。各パケットは、あるペイロードＰに先行するヘッダｈを有する。フロー制御の効率を改善するため、クレジットＣが導入され、パケットのヘッダｈにピギーバックされる。このため、パケットヘッダは、典型的には、パス及びキュー識別子などのルーティング情報を有し、さらに、いくつかのビットがクレジット情報のため確保される。例えば、５ビットがクレジット情報を送信するのに使用される場合、１回に送信可能な最大クレジット数は、２^５＝３２となる。

図２は、図１ａによるＮｏＣの一部のブロック図を示す。特に、それに係るマスタネットワークインタフェースＭＩＰを有するマスタＭＩＰとして動作するＩＰブロックと、それに係るスレーブネットワークインタフェースを有するスレーブＳＩＰとして動作するＩＰブロックとが示される。ＩＰブロックＭＩＰとＩＰブロックＳＩＰとの間の通信は、２つの係るチャネルと各自のバッファとの接続を介し実行される。説明のため、それらの間のルータは省略されている。これら２つのチャネルは、マスタネットワークインタフェースＭＩＰからスレーブネットワークインタフェースＳＩＰへのフォワードチャネルＦＣと、スレーブネットワークインタフェースＳＮＩからマスタネットワークインタフェースＭＮＩへのリバースチャネルＲＣとを有する。マスタネットワークインタフェースＭＩＰは、フォワードマスタバッファＦＭＢとリバースマスタバッファＲＭＢとを有する。スレーブネットワークインタフェースは、フォワードスレーブバッファＦＳＢとリバーススレーブバッファＲＳＢとを有する。ネットワークインタフェースにおけるバッファのオーバフローを回避するため、ある種のフロー制御機構が実現されるべきである。第１実施例によるフロー制御機構は、クレジット情報に基づく。コンシューマネットワークインタフェースは、コンシューマがコンシューマネットワークインタフェースからデータを削除すると、メーカーのネットワークインタフェースにクレジットを送信する。実際のクレジット値は、先のクレジットが送信された後、コンシューマにより使用されたデータ量を示す。好ましくは、いくつかのビットがクレジット情報を送信するため確保され、図１ｂに示されるような効率性の理由によりパケットヘッダにピギーバックすることが可能である。

図３は、図１ａによるネットワークインタフェースのための連続的なスロット割当ての表示を示す。ギャランティーされるスループット接続は、スロットテーブルが利用可能な帯域幅をスロットに分割する時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）スキームに基づく。ある量の帯域幅が、接続のためスロットテーブルの特定数のスロットを確保することによって、特定の接続に対して確保することが可能である。特定の接続からのデータが、割り当てられた数のビットが使用された場合、当該接続はさらなるスロットを待機する必要がある。接続の内部では、連続するスロットのブロックがパケットの特定サイズを規定する。このような連続するスロットのブロック又は数のスタートにおいて（スロット境界ＳＢ）において、ヘッダＨが挿入され、ワードの残りがペイロードＰとみなすことができる。

ある接続のすべてのスロットが連続的に割り当てられる場合、１つのヘッダＨのみが、ｃ個のワードの最大値によりスロットテーブルの繰り返しにおいて送信される。所与のサイズのスロットテーブルと、１つのスロットから他のスロットに移動するのに必要とされる時間について、ヘッダレートは１／（ｓｌｏｔ＿ｔａｂｌｅ＿ｓｉｚｅ＊ｓｌｏｔ＿ｄｕｒａｔｉｏｎ）となる。ｃ個のワードのクレジット値がヘッダ毎に送信される場合、ワードに関するクレジットのレートは、毎秒（ｈｅａｄｅｒ＿ｒａｔｅ＊ｃ）ワードとなる。しかしながら、クレジットデータレートがコンシューマデータレート未満である場合、システムは不安定なものとなる。

図４は、第１実施例によるスロット割当ての表示を示す。クレジット情報のデータレートがコンシューマデータレート未満である場合、システムは不安定なものとなる可能性我利、クレジットデータレートを増加する必要がある。これは、スロット境界ＳＢを示すのに実際に使用されるものより多くのヘッダＨを挿入することによって実行される。すなわち、冗長なヘッダが挿入される。これは、好ましくは、クレジット情報の転送を可能にするため、リバースチャネルＲＣにおいて自動的に実行される。新たなヘッダの自動挿入は、スタティック又はダイナミックに実行可能である。図４において、冗長な追加的なヘッダの挿入の自動実現が示される。第１実施例による追加的ヘッダの挿入は、プライアリティに関して固定され、固定されたパケット長ＰＬにより示すことができる。いくつかのワード若しくはいくつかのスロットに関する固定されたパケット長は、連続するスロットのブロック内のパケット長の乗数においてヘッダを挿入することを要求する。ここでは、パケット長は、十分なヘッダＨがクレジット情報を送信するため設けられるように決定される必要がある。

図５は、第２実施例によるスロット割当ての表示を示す。第２実施例はまた、追加的な冗長ヘッダＨのスタティックな挿入に基づく。ここで、ヘッダは、付加ビットをスロットテーブルに導入することによって挿入される。ネットワークインタフェースＮＩは、スロットテーブルにおけるこれらの付加ビットを調べ、さらなるクレジット情報の送信を可能にするため、ヘッダを挿入する。

図６は、第３実施例によるスロットテーブル割当ての表示を示す。第３実施例によるヘッダ挿入は、ダイナミックに実行される。すなわち、転送される必要があるクレジット値が所定の閾値、すなわち、ｃに達したときに、ヘッダが生成される。従って、可変長のパケットが、連続するスロットのブロック内に生成される。このような方式は、フロー制御レートを保証するため、要求される最小数のヘッダをもたらす。

第１、第２及び第３実施例の任意の組み合わせが可能である。ネットワークインタフェースは、例えば、一方又は両方の条件が存在する場合、ヘッダを挿入することが可能である。すなわち、連続するスロットの個数は、固定されたパケット長にクロス（ｃｒｏｓｓ）又は等しくなり、あるいはクレジット値は所定のクレジット値をクロスする。

より小さな所定値又は短いパケット長を選択することによって、コンシューマサイドにおいて要求されるバッファリング量は、追加的なヘッダＨを送信することを犠牲にして低下する。これらの値がプログラム可能である場合、各トレードオフが実行可能である。さらなるプログラム可能性及びフレキシビリティが、各チャネルＦＣとＲＣについてこれらの値を個別に選択することによって導入することが可能である。

さらなるクレジット情報を送信するため、追加的な冗長ヘッダを挿入するコンセプトが、ギャランティタイプのスループット接続に関して説明されたが、第１、第２及び第３実施例によるヘッダ挿入はまた、ベストエフォートタイプ接続に適用可能である。

図７は、ネットワークインタフェースのブロック図を示す。ネットワークインタフェースＮＩは、入力キューＢｉ、リモートスペースレジスタＲＳ、リクエストジェネレータＲＧ、ルーティング情報レジスタＲＩ、クレジットカウンターＣＣ、スロットテーブルＳＴ、スケジューラＳ、ヘッダユニットＨＵ、ヘッダ挿入ユニットＨＩＵ及びパケット長ユニットＰＬＵを有するフロー制御手段ＦＣＭを有する。入力キューＢｉは、ＩＰブロックＩＰからデータを受信するのに使用される。アドレスなどのルーティング情報は、コンフィギュラブルなルーティング情報レジスタＲＩに格納される。クレジットカウンターＣＣは、データが出力キューにおいて使用されるとインクリメントされ、新たなヘッダがヘッダに含まれるクレジット値と共に送信されるとデクリメントされる。ルーティング情報レジスタＲＩからのルーティング情報と、クレジットカウンターＣＣの値とが、ヘッダユニットＨＵに転送される。ヘッダＨの一部を構成する。リクエストジェネレータＲＧは、リモートスペースレジスタに格納されるリモートスペース及びキュー充填に基づくデータを送信するため、キューに対するリクエストを生成する。すべてのキューに対するリクエストが、次のキューを選択するため、スケジューラＳに入力される。これは、スロットテーブルＳＴからの情報に基づきスケジューラにより実行することが可能である。キューの１つが選択されるとすぐに、ヘッダ挿入ユニットＨＵＩが、さらなる冗長ヘッダの挿入が必要であるか決定する。ヘッダが要求されるとき、現在のスロットが連続するもののうち最初のものである場合、ヘッダが挿入される。さらなるヘッダ挿入の条件が充足される場合、（冗長）ヘッダが挿入される。このような条件は、送信されるべきクレジット及び／又はパケット長が閾値より大きい場合であるかもしれない。

図８は、図７のヘッダ挿入ユニットのブロック図を示す。ヘッダ挿入ユニットＨＩＵは、ヘッダＨが挿入されるべきか決定するのに使用される。ヘッダ挿入ユニットＨＩＵは、スロットＳにおける現在のキューを選択するため信号ｑ（ｓ）を受信する。あるキューがスロットＳにおいて選択された場合、ｑ（ｓ）＝１となる。ユニットＵ６は、先のスロットにおけるキューｑ（ｓ−１）を決定するのに使用される。信号ｑ（ｓ）とｑ（ｓ−１）は、これら２つの入力が等しいか否か決定するユニットＵ１に入力される。信号ｑ（ｓ）とｑ（ｓ−１）とが異なる場合、新たなパケットがスタートし、新たなヘッダが挿入される必要がある。

ヘッダ挿入ユニットＨＩＵはまた、クレジットＣの現在値と共にパケット長ｐｃｋ＿ｌｅｎｇｔｈを受け取る。これら２つの値は、ユニットＵ４及びＵ５においてそれぞれ予め格納されている閾値と比較される。すなわち、パケット長がパケット長閾値ＰＬＴと比較され、現在のクレジットがクレジット閾値と比較される。ユニットＵ４及びＵ５の出力は、ＡＮＤユニットＵ３に入力される。すなわち、パケット長とクレジット値が各自の閾値を超える場合、新たな追加的な冗長ヘッダが挿入される。好ましくは、ヘッダ挿入は、マルチワードフリットの第１ワードにおいてのみ許可される。

さらなるフロー制御ヘッダの挿入は、ＩＰブロックがこのような機能を考慮する必要がなくなるように、ネットワークインタフェースにより自動的に考慮される。チャンル毎のヘッダ数とバッファサイズとの間のトレードオフが実行可能である。

すなわち、パケット長が閾値を超える場合、及び／又は現在のクレジット値がクレジット閾値を超える場合、さらなる冗長ヘッダが挿入可能である。あるいは、若しくはさらに、追加的な冗長ヘッダの挿入は、スロットテーブルの付加ビットの存在に従って実行することが可能である。スロットテーブルにおける付加ビットの使用は、ユニットＵ１が要求されないという効果を有する。

本発明はまた、単一のチップ又は複数のチップに基づくデータ処理システムにより実現可能である。データ処理システムは、単一又は複数の上述した電子デバイスを有するようにしてもよい。

上記実施例は本発明を限定するものでなく例示するものであり、添付した請求項の範囲を逸脱することなく、当業者は他の多数の実施例を設計可能であるということに留意すべきである。請求項において、括弧内の参照符号は請求項を限定するものとして解釈されるべきでない。“有する”という単語は、請求項に列記した以外の要素又はステップの存在を排除するものでない。要素に先行する“ある”という単語は、そのような要素が複数存在することを排除するものでない。複数の手段を列記した装置クレームにおいて、これらの手段のいくつかは、単一かつ同一のハードウェアアイテムにより実現可能である。ある手段が互いに異なる従属クレームに記載されているという事実は、これらの手段の組み合わせが効果的に利用することができないことを示すものでない。

さらに、請求項の参照符号は、請求項の範囲を限定するものとして解釈されるべきでない。

図１ａは、第１実施例によるＮｏｃの基本的なアーキテクチャを示す。 図１ｂは、パケットの構成の概略図を示す。 図２は、図１ａによるＮｏＣの一部の概略図を示す。 図３は、図１ａによるＮｏＣに対する連続するスロットの割当ての例を示す。 図４は、第１実施例による図１ａによるＮｏＣに対する連続するスロットの割当ての図を示す。 図５は、第２実施例による図１ａによるＮｏＣに対する連続するスロットの割当ての図を示す。 図６は、第３実施例による図１ａによるＮｏＣに対する連続するスロットの割当ての図を示す。 図７は、ネットワークインａｔフェースの基本的なアーキテクチャを示す。 図８は、図７によるネットワークインタフェースのヘッダ挿入ユニットのブロック図を示す。

Claims (9)

1. 複数の処理ユニットと、
   前記複数の処理ユニットを接続するインターコネクト手段と、
   前記処理ユニットの１つと前記インターコネクト手段との間に配置され、前記処理ユニットと前記インターコネクト手段との間の通信を可能にする複数のインタフェース手段と、
   を有する電子デバイスであって、
   前記処理ユニット間の通信は、前記インタフェース手段と前記インターコネクト手段とを介したパケットベース通信であり、
   各パケットは、ペイロードに先行する第１ヘッダを有し、
   前記インタフェース手段は、フロー制御クレジット情報に基づき２つの処理ユニット間の通信フローを制御し、前記第１ヘッダを各パケットに挿入し、さらに要求されるフロー制御クレジット情報の量に従って、クレジットデータレートがコンシューマデータレート未満となるのを回避するのに十分な数の第２ヘッダをパケットに挿入するフロー制御手段を有する電子デバイス。
2. 前記フロー制御手段は、前記第２ヘッダを所定の位置に挿入するよう構成される、請求項１記載の電子デバイス。
3. 前記インタフェース手段は、フロー制御情報を有するスロットテーブルを有し、
   前記フロー制御手段は、前記スロットテーブルに格納されているフロー制御情報に従って前記第２ヘッダを挿入するよう構成される、請求項１記載の電子デバイス。
4. 前記フロー制御手段は、前記フロー制御クレジット情報が所定値を超える場合、前記第２ヘッダを挿入するよう構成される、請求項１記載の電子デバイス。
5. 前記フロー制御手段は、所定の位置に前記第２ヘッダを挿入し、前記インタフェース手段に配置されるスロットテーブルに格納されているフロー制御情報に従って前記第２ヘッダを挿入し、及び／又は前記フロー制御クレジット情報が所定値を超える場合、前記第２ヘッダを挿入するよう構成される、請求項１記載の電子デバイス。
6. 複数の処理ユニットと、前記複数の処理ユニットを接続するインターコネクト手段と、前記処理ユニットの１つと前記インターコネクト手段との間に配置され、前記処理ユニットと前記インターコネクト手段との間の通信を可能にする複数のインタフェース手段とを有する電子デバイスであって、前記処理ユニット間の通信は、前記インタフェース手段と前記インターコネクト手段とを介したパケットベース通信であり、各パケットは、ペイロードに先行する第１ヘッダを有する電子デバイスにおけるフロー制御方法であって、
   フロー制御クレジット情報に基づき２つの処理ユニット間の通信フローを制御するステップと、
   前記第１ヘッダを各パケットに挿入するステップと、
   さらに要求されるフロー制御クレジット情報の量に従って、クレジットデータレートがコンシューマデータレート未満となるのを回避するのに十分な数の第２ヘッダをパケットに挿入するステップと、
   を有する方法。
7. 前記第２ヘッダは、所定の位置に挿入される、請求項６記載の方法。
8. 前記第２ヘッダは、前記インタフェース手段におけるフロー制御情報を有するスロットテーブルに格納される前記フロー制御情報に従って挿入される、請求項６記載の方法。
9. 前記第２ヘッダは、前記フロー制御クレジット情報が所定値を超える場合に挿入される、請求項６記載の方法。

Images