KR101465420B1 - Network on chip and method for routing the network on chip - Google Patents

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KR101465420B1 KR1020130120147A KR20130120147A KR101465420B1 KR 101465420 B1 KR101465420 B1 KR 101465420B1 KR 1020130120147 A KR1020130120147 A KR 1020130120147A KR 20130120147 A KR20130120147 A KR 20130120147A KR 101465420 B1 KR101465420 B1 KR 101465420B1
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한태희
김영석
이재훈
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송용호
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

A network-on-chip for routing signals between components comprises: one or more routers that control signal transmission/reception of each component; and a channel that connects the routers in order to enable a signal of each router to be transmitted in one direction among upward, downward, left, and right directions according to communications assigned to each router. The routers are based on a two-dimensional mesh structure. Each router modulates a signal received from a corresponding component and transmits the signal in one direction through the channel, or changes the direction of a signal passing through each router, or demodulates a signal received through the channel and transmits the demodulated signal to a component. The network-on-chip can achieve a network of components by using less switching modules compared to the existing optical network-on-chip.

Description

네트워크 온 칩 및 네트워크 온 칩의 신호를 라우팅하는 방법 {NETWORK ON CHIP AND METHOD FOR ROUTING THE NETWORK ON CHIP}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a network-on-a-chip

본 발명은 네트워크 온 칩 및 네트워크 온 칩의 신호를 라우팅하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 하나 이상의 컴포넌트 사이의 신호 전송을 수행하는 네트워크 온 칩에 관한 것이다. The present invention relates to a method for routing signals on a network-on-chip and a network-on-chip, and more particularly, to a network-on-chip for performing signal transmission between one or more components.

반도체 제조비용 증가와 전력 소모 한계로 인해 고성능 컴퓨팅의 새로운 패러다임으로 다중 프로세서 시스템-온-칩(MPSoC)이 등장하였다. 다중 프로세스 시스템 온 칩에서는 단일프로세서의 성능뿐만 아니라 각 프로세서간의 커뮤니케이션 또한 전체 시스템 성능에 지대한 영향을 끼치게 되었다. 시스템 온 칩의 연결 구조는 공유 버스 방식을 벗어나 포인트 투 포인트 스위칭 방식의 네트워크-온-칩(Network-on-Chip, NoC)으로 진화되었지만, 기존 금속배선 기반의 전기적 상호 연결 구조(Electrical Interconnect, EI)로 이루어진 네트워크 온 칩은 대역폭, 전력 소모, 지연 시간 등의 면에서 물리적 한계에 당면하고 있다. Due to increased semiconductor manufacturing costs and power consumption limitations, multi-processor system-on-chip (MPSoC) has emerged as a new paradigm for high-performance computing. In multi-process system-on-chip, not only the performance of a single processor but also the communication between each processor has a great influence on the overall system performance. The system-on-chip connection structure has evolved into a point-to-point switching network-on-chip (NoC) beyond the shared bus, but the existing electrical interconnection structure ) Are faced with physical limitations in terms of bandwidth, power consumption, and latency.

종래의 실리콘 포토닉스(silicon photonics) 기술을 적용한 광학 네트워크-온-칩(Optical NoC, ONoC)은 기존 전기적 상호 연결 구조에서 발생하는 문제점을 극복하고자하는 시도이며, 전기적 상호 연결 구조 기반 네트워크 온 칩에 비해 증가하는 제조비용과 수율 저하는 향후 극복되어야 할 문제이다.An optical network-on-chip (ONOC) using conventional silicon photonics technology is an attempt to overcome the problems in the existing electrical interconnect structure, and compared with the network-on-chip based on the electrical interconnect structure Increasing manufacturing costs and yield reduction are issues to be overcome in the future.

현존하는 광학 네트워크 온 칩은 구조 및 설계방식에 따라 두 가지로 분류된다. 첫째는 동적으로 발생하는 커뮤니케이션에 대하여 전기적 신호에 의해 광학 경로를 설정하고 광학 네트워크를 통해 데이터를 전송하는 구조의 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 (Hybrid ONoC, HONoC)이다. 둘째는 고정된 커뮤니케이션 패턴을 설계 단계에서 고려하여 각 커뮤니케이션의 출발지(source)-목적지(destination) 쌍에 따라 서로 다른 파장을 할당하여 라우팅하는 파장 라우팅 기반 광학 네트워크-온-칩(Wavelength-routed ONoC, WONoC)이다. Existing optical network-on-chips are classified into two types according to the structure and design method. The first is a hybrid optical network-on-chip (Hybrid ONoC, HONoC), which has a structure in which an optical path is established by an electrical signal for dynamically generated communication and data is transmitted through an optical network. Second, Wavelength-routed ONoC (Wavelength-routed ONoC), which routes different wavelengths according to the source-destination pairs of each communication considering the fixed communication patterns at the design stage, WONoC).

광학 네트워크 온칩은 각 커뮤니케이션마다 서로 다른 파장을 사용하여 고유의 경로에 따라 데이터를 전송하기 때문에 경로 충돌에 의한 지연시간이 없어 극대화된 스루풋(throughput)을 가질 수 있다. 하지만 전통적인 파장 라우팅 기반 광학 네트워크 온 칩은 컴포넌트의 수(N)가 증가함에 따라 많은 더 파장을 사용하고 이에 따라 광학스위치 모듈인 마이크로-링 공명기(micro-ring resonator, MR)의 개수를 더 많이 필요로 한다. 이와 관련하여, J. Chan and K. Bergman. Photonic interconnection network architectures using wavelength-selective spatial routing for chip-scale communications: IEEE/OSA Journal of Optical communications and networking. 2012.03, Vol. 4, No. 3, pp. 189-201 에는 WONoC를 위한 분산형 네트워크에 대한 연구는 클러스터 기반의 NoC를 광학 링-버스로 연결한 구조를, S. Koohi, M. Abdollahi and S. Hessabi. All-Optical wavelength-routed NoC based on a novel hierarchical topology. Pittsburgh, PA, USA: in 5th IEEE/ACM Int. Symp. on Networks on chip(NOCS). 2011.05, pp. 97-104에는 링 토폴로지를 계층적으로 연결한 구조를, H. Gu, J. Xu, and W. Zhang. A Low-power Fat Tree-based Optical Network- on-Chip for Multiprocessor System-on-Chip. Nice: Design, Automation and Test in Europe Conference and Exhibition. 2009.04, pp. 3-8에는 팻-트리 (fat-tree) 구조에 대하여 개시하고 있다.The optical network-on-chip uses different wavelengths for each communication to transmit data according to its own path, so there is no latency due to path collision and can have maximized throughput. However, the traditional wavelength routing based optical network-on-chip uses more wavelengths as the number of components (N) increases and therefore requires more optical switching module, micro-ring resonator (MR) . In this regard, J. Chan and K. Bergman. Photonic interconnection network architectures using wavelength-selective spatial routing for chip-scale communications: IEEE / OSA Journal of Optical communications and networking. 2012.03, Vol. 4, No. 3, pp. In 189-201, a study on distributed networks for WONoC is performed by S. Koohi, M. Abdollahi and S. Hessabi. All-Optical wavelength-routed NoC based on a novel hierarchical topology. Pittsburgh, Pa., USA: in 5th IEEE / ACM Int. Symp. on Networks on chip (NOCS). 2011.05, pp. 97-104, H. Gu, J. Xu, and W. Zhang, The structure of ring topology hierarchically connected. A Low-power Fat Tree-based Optical Network-on-Chip for Multiprocessor System-on-Chip. Nice: Design, Automation and Test in Europe Conference and Exhibition. 2009.04, pp. 3-8 discloses a fat-tree structure.

이러한 구조들은 모두 N개의 컴포넌트에 대하여 N개의 파장을 사용하는 것들로 파장 수 최소화에 대한 연구는 부족하였다. 파장 및 스위치 모듈의 증가는 다중 파장을 발생시키는 광원과 각 파장의 제어를 위한 광학 장치의 비용을 증가시킨다. 또한 단일 도파관이 수용할 수 있는 파장 수의 한계에 쉽게 다다르게 하고 광파의 간섭현상이나 광신호의 감쇄에 의해 비트-에러율(bit error rate, BER)을 증가시켜 네트워크 온칩의 성능을 저하시키는 요인이 된다. These structures all use N wavelengths for N components, and research on the minimization of wavelengths is lacking. The increase in wavelength and switch module increases the cost of the light source that generates multiple wavelengths and the optical device for controlling each wavelength. In addition, it easily degrades the performance of the network-on-chip by increasing the bit-error rate (BER) due to interference of the light wave or attenuation of the optical signal, .

한편, 그동안의 파장 라우팅 기반 광학 네트워크 온 칩은 각 출발지-목적지 쌍에 따라 다른 파장을 사용하여 데이터를 전송함으로써 높은 스루풋을 보장할 수 있어 전통적 네트워크 온 칩의 분산형 라우터(distributed router)의 구조를 취하지 않아도 되었고, 이에 따라 파장 라우팅 기반 광학 네트워크 온 칩의 시초가 된 λ-라우터부터 중앙 집중형 라우팅 구조 위주의 연구가 계속되었다. 하지만 이러한 중앙 집중형 라우팅 구조의 파장 라우팅 기반 광학 네트워크 온 칩은 스루풋 뿐만 아니라 확장성의 한계가 존재하여 분산 라우팅 구조로의 전환이 요구된다.On the other hand, the wavelength-based optical network-on-chip in the meantime can guarantee high throughput by transmitting data using different wavelengths according to each source-destination pair, thereby reducing the structure of a traditional network-on-chip distributed router The research centered on the centralized routing structure has continued from the originating λ-router of the wavelength-based optical network-on-chip. However, wavelength - based optical network - on - chip based on this centralized routing architecture has limitations in scalability as well as throughput.

전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일 실시예는 스위칭 모듈의 개수를 최소화한 파장 라우팅 기반 광학 네트워크 온칩을 위한 분산형 라우터 구조를 제시한다.In order to solve the problems of the related art described above, an embodiment of the present invention provides a distributed router architecture for a wavelength routing based optical network on chip that minimizes the number of switching modules.

또한, 본 발명의 일 실시예는 네트워크 온 칩의 컴포넌트 간의 연결 관계를 고려하여 최소한의 파장 수로 광학 네트워크를 구성할 수 있는 방법을 제시한다.In addition, an embodiment of the present invention suggests a method of configuring an optical network with a minimum number of wavelengths considering the connection relationship between components of a network-on-chip.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 하나 이상의 컴포넌트 간의 신호를 라우팅하는 네트워크 온 칩은, 하나 이상의 컴포넌트 간의 신호를 라우팅하는 네트워크 온 칩에 있어서, 각 컴포넌트의 신호의 송수신을 제어하는 하나 이상의 라우터; 및 각 라우터에 할당된 커뮤니케이션에 따라 상향, 하향, 좌향, 및 우향 중 어느 한 방향으로 각 라우터의 신호가 전송되도록 연결하는 채널을 포함하되, 하나 이상의 라우터는 2차원 메쉬 구조를 기반으로 하고, 각 라우터는, 대응하는 컴포넌트로부터 수신한 신호를 변조하여 채널을 통해 어느 한 방향으로 신호를 전송하는 입력부; 각 라우터를 통과하는 신호의 방향을 전환시키는 스위치부; 및 채널로부터 수신한 신호를 복조하여 컴포넌트로 전송하는 출력부를 포함한다.As a technical means for achieving the above-mentioned technical object, a network-on-chip for routing signals between one or more components according to the first aspect of the present invention is a network-on-chip for routing signals between one or more components, One or more routers for controlling transmission and reception of signals; And a channel for connecting the signals of the respective routers in one of upward, downward, leftward, and rightward directions according to communication assigned to the respective routers, wherein one or more routers are based on a two-dimensional mesh structure, The router includes an input unit for modulating a signal received from a corresponding component and transmitting the signal in one direction through a channel; A switch unit for switching a direction of a signal passing through each router; And an output unit for demodulating a signal received from the channel and transmitting the demodulated signal to the component.

또한, 본 발명의 제 2 측면에 따른 네트워크 온 칩의 하나 이상의 커뮤니케이션에 대한 파장할당장치에 있어서, 각 커뮤니케이션에 대하여 신호 전환 방향을 결정하는 방향결정부; 및 할당하는 파장의 개수가 최소가 되도록 각 신호에 대하여 하나의 파장을 할당하는 할당부를 포함하되, 네트워크 온 칩은, 파장 라우팅 기반 광학 네트워크 온 칩(Wavelength-routed ONoC, WONoC)이고, 각 컴포넌트의 신호의 송수신을 제어하는 하나 이상의 라우터; 및 각 라우터에 할당된 커뮤니케이션에 따라 상향, 하향, 좌향, 및 우향 중 어느 한 방향으로 각 라우터의 신호가 전송되도록 연결하는 채널을 포함한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a wavelength allocating apparatus for one or more communications of a network-on-chip, comprising: a direction determining unit for determining a signal switching direction for each communication; And an allocation unit that allocates one wavelength for each signal so that the number of allocated wavelengths is minimized, wherein the network-on-chip is a Wavelength-routed ONOC (WONoC) One or more routers for controlling transmission and reception of signals; And a channel for connecting the signals of the respective routers to be transmitted in one of upward, downward, leftward, and rightward directions according to the communication assigned to each router.

또한, 본 발명의 제 3 측면에 따른 네트워크 온 칩에서 하나 이상의 라우터가 하나 이상의 컴포넌트 사이의 신호를 라우팅하는 방법에 있어서, 라우터는 신호의 송수신을 제어하는 2차원 매쉬구조를 기반으로 하되, 출발지 라우터가 대응하는 컴포넌트로부터 수신한 신호를 변조하여 할당된 커뮤니케이션에 따라 상향, 하향, 좌향, 및 우향 중 어느 한 방향으로 신호를 목적지 라우터에 전송하는 단계; 및 목적지 라우터가 전송된 신호를 복조하여 대응하는 컴포넌트로 전송하는 단계를 포함한다.Also, in a network-on-chip according to the third aspect of the present invention, a method for routing signals between one or more components of a router, the router being based on a two-dimensional mesh structure for controlling transmission and reception of signals, Modulating a signal received from a corresponding component and transmitting a signal to a destination router in either direction of upward, downward, leftward, and rightward according to the assigned communication; And the destination router demodulates the transmitted signal and transmits it to the corresponding component.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 네트워크 온 칩은 종래의 광학 네트워크 온 칩에 비해 적은 수의 스위칭 모듈로 컴포넌트 간의 네트워크를 구현 할 수 있다.The optical network-on-a-chip according to an embodiment of the present invention can realize a network between components with a smaller number of switching modules than a conventional optical network-on-chip.

또한, 전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장할당장치는 컴포넌트 간의 연결 관계를 고려하여 최소한의 파장 수로 광학 네트워크를 구성할 수 있는 방법을 제시한다.According to a preferred embodiment of the present invention, a wavelength allocation apparatus according to an embodiment of the present invention provides a method of configuring an optical network with a minimum number of wavelengths considering a connection relationship between components.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 온 칩의 구조에 대한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 파장 라우팅 광학 라우터 (2D-mesh-based Distributed Wavelength-routing Optical Router, 2D-DWOR)의 구성요소에 관한 도면이다.
도 3은 단일 파장의 신호가 전송되는 경우 및 다중 파장의 신호가 전송되는 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 모듈(MRj내지MRk) 및 채널의 형태에 대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 온 칩의 하나 이상의 커뮤니케이션에 대한 파장할당장치의 도면이다.
도 5는 상술한 네트워크 온 칩에서 하나 이상의 라우터가 하나 이상의 컴포넌트 사이의 신호를 라우팅하는 방법에 대한 순서도를 도시한다.
1 is a diagram illustrating a structure of a network-on-chip according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating components of a 2D-mesh-based Distributed Wavelength-Routing Optical Router (2D-DWOR) according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a diagram of a switching module (MRj to MRk) and a channel type according to an embodiment of the present invention when a single wavelength signal is transmitted and when a multi-wavelength signal is transmitted.
4 is a diagram of a wavelength allocation apparatus for one or more communications of a network-on-chip according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows a flow diagram of how one or more routers in a network-on-chip described above routes signals between one or more components.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another part in between .

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is " on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise. The word " step (or step) "or" step "used to the extent that it is used throughout the specification does not mean" step for.

본원 발명은 시스템 온 칩에서 하나 이상의 컴포넌트 사이의 신호 전송을 수행하는 네트워크 온 칩에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 온 칩은 파장 라우팅 기반 광학 네트워크 온 칩(Wavelength-routed ONoC, WONoC)을 위한 2차원 메쉬(mesh) 구조 기반의 분산형 파장 라우팅 광학 라우터 (2D-mesh-based Distributed Wavelength-routing Optical Router, 2D-DWOR)의 구조를 구현한다. The present invention relates to a network-on-chip that performs signal transmission between one or more components in a system-on-chip. A network-on-chip according to an embodiment of the present invention is a 2D-mesh-based optical router based on a two-dimensional mesh structure for a Wavelength-routed ONOC (WONoC) Distributed Wavelength-Routing Optical Router, 2D-DWOR).

온 칩 네트워크 (On-Chip Network)구조는 반도체 기술의 발전으로 칩 내부에 삽입할 수 있는 컴포넌트의 수가 증가하면서 종래의 버스 구조에서는 한번에 하나의 연결 통로를 제공할 수 밖에 없었는데, 종래의 버스 구조에서 발생하는 데이터 전송 병목현상을 해결하기 위해 제안된 방식이다.The On-Chip Network structure of the conventional bus structure can only provide one connection path at a time because the number of components that can be inserted into the chip increases due to the development of semiconductor technology. It is a proposed method to solve the data transfer bottleneck that occurs.

파장 라우팅 기반 광학 네트워크 온 칩(Wavelength-routed ONoC, WONoC)은 고정된 커뮤니케이션 패턴을 설계 단계에서 고려하여 각 신호의 출발지(source)-목적지(destination) 쌍에 따라 서로 다른 파장을 할당하여 라우팅하는 온 칩 네트워크를 갖는 칩으로서, 종래에는 각 라우터가 모두 N개의 컴포넌트에 대하여 N개의 파장을 사용하는 구조들을 제안하였다.Wavelength-routed ONOC (WONoC) is a wavelength-routing based optical network-on-chip (WONoC) that considers fixed communication patterns at the design stage and assigns different wavelengths according to the source- A chip having a chip network conventionally proposed structures in which each router uses N wavelengths for N components.

본원 발명은 더 나아가, 2차원 메쉬 구조를 기반으로 한 분산형 라우터 구조를 제안하고, 각 컴포넌트의 커뮤니케이션을 고려하여 최소한의 파장 수로 네트워크 온 칩을 구성할 수 있는 설계 방법을 제안한다.The present invention further proposes a distributed router structure based on a two-dimensional mesh structure, and proposes a design method capable of constructing a network-on-chip with a minimum number of wavelengths considering communication of each component.

도 1 은 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 온 칩의 구조에 대한 도면이다.1 is a diagram illustrating a structure of a network-on-chip according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 온 칩은 도 1과 같이 N(=n2)개의 컴포넌트, N개의 라우터, 및 각 라우터를 연결하는 채널을 포함한다. The network-on-chip according to an embodiment of the present invention includes N (= n 2 ) components, N routers, and a channel connecting each router as shown in FIG.

각 라우터는 2 차원 메쉬 구조를 기반으로 하여 상호 간 행 및 열을 이루어 배치되고, 각 라우터는 채널을 통해 서로 다른 라우터에 상향, 하향, 좌향, 및 우향으로 신호를 전송한다. Each router is arranged based on a two-dimensional mesh structure and arranged in a row and a column, and each router transmits signals to the different routers up, down, left, and right through channels.

컴포넌트는 네트워크 온 칩을 이용하여 데이터를 전송 또는 수신하는 프로세서를 의미하는 것으로, 송신 컴포넌트 및 수신 컴포넌트는 라우터 및 채널을 이용하여 데이터를 송수신한다. 이때, 송신 컴포넌트로부터 신호를 입력 받아 미리 수신 라우터에 대한 커뮤니케이션에 할당된 파장으로 신호를 변조하고 변조된 신호를 어느 한 채널로 전송하는 역할은 출발지 라우터가 담당한다. 반대로, 수신 컴포넌트에 대한 신호를 채널로부터 수신하고 수신한 신호를 복조한 후 수신 컴포넌트로 전송하는 역할은 목적지 라우터가 담당한다.A component refers to a processor that transmits or receives data using a network-on-chip, wherein a transmitting component and a receiving component transmit and receive data using routers and channels. In this case, the originating router takes charge of receiving the signal from the transmitting component, modulating the signal to the wavelength assigned to the communication with the receiving router in advance, and transmitting the modulated signal to one channel. Conversely, the destination router is responsible for receiving the signal for the receiving component from the channel, demodulating the received signal, and transmitting the signal to the receiving component.

송신 컴포넌트로부터 수신 컴포넌트로 신호를 전송하는 과정에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.A detailed description of the process of transmitting a signal from the transmitting component to the receiving component will be given later.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 파장 라우팅 광학 라우터 (2D-mesh-based Distributed Wavelength-routing Optical Router, 2D-DWOR)의 구성요소이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a 2D-mesh-based Distributed Wavelength-Routing Optical Router (2D-DWOR) according to an exemplary embodiment of the present invention.

라우터는 파장 라우팅 기반 광학 네트워크 온 칩에서 각 컴포넌트 간에 데이터의 송수신이 이루어지도록 제어하는 구성요소로서, 입력부(I1내지I4), 스위치부(S1내지S8), 및 출력부(E1내지E4)를 포함한다.A router is a component for controlling transmission and reception of data between components in a wavelength routing based optical network on chip and includes input units I1 to I4, switch units S1 to S8, and output units E1 to E4 do.

입력부(injection unit, I1내지I4)는 연결된 컴포넌트가 데이터를 전송하려고 하는 경우(즉, 송신 컴포넌트가 되는 경우), 컴포넌트로부터 수신한 신호를 변조하여 채널을 통해 어느 한 방향으로 신호를 전송한다. 이 때 신호를 전송하는 채널은 각 목적지 컴포넌트에 대한 커뮤니케이션에 따라 상향, 하향, 좌향, 또는 우향으로 신호를 전송할 수 있고, 신호를 전송하고자 하는 라우터는 출발지 라우터가 된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 각 라우터마다 상향 채널, 하향 채널, 좌향 채널, 및 우향 채널이 연결될 수 있고, 기 설정된 커뮤니케이션의 신호 전환 방향에 따라 입력부(I1내지I4)는 변조한 신호를 해당 채널로 전송할 수 있다.The injection units I1 through I4 modulate a signal received from the component and transmit the signal in either direction through the channel when the connected component tries to transmit data (i.e., when the component is a transmitting component). In this case, a channel transmitting a signal can transmit a signal upward, downward, leftward, or rightward according to communication for each destination component, and a router to which a signal is transmitted becomes a source router. According to an embodiment of the present invention, the uplink channel, the downlink channel, the left channel, and the right channel may be connected to each router, and the input units I1 to I4 may transmit the modulated signals to corresponding channels Lt; / RTI >

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 네트워크 온 칩이 각 라우터에 대한 상향 채널, 하향 채널, 좌향 채널, 및 우향 채널을 포함하는 경우, 입력부(I1내지I4)는 좌향 채널을 통해 신호를 전송하는 제 1 입력부(I1), 하향 채널을 통해 신호를 전송하는 제 2 입력부(I2), 상기 상향 채널을 통해 신호를 전송하는 제 3 입력부(I3), 및 상기 우향 채널을 통해 신호를 전송하는 제 4 입력부(I4)를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, when the network-on-chip includes an up channel, a down channel, a left channel, and a right channel for each router, the input units I1 to I4 transmit signals through the left channel A second input unit I2 for transmitting a signal through a downlink channel, a third input unit I3 for transmitting a signal through the uplink channel, and a second input unit I3 for transmitting a signal through the right channel, 4 input unit I4.

스위치부(switch unit, S1내지S8)는 라우터를 통과하는 신호의 방향을 전환시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 스위치부(S1내지S4)는 신호의 방향을 하향 채널에서 좌향 채널로 전환시키는 제 1 스위치부(S1), 좌향 채널에서 하향 채널로 전환시키는 제 2 스위치부(S2), 상향 채널에서 좌향 채널로 전환시키는 제 3 스위치부(S3), 좌향 채널에서 상향 채널로 전환시키는 제 4 스위치부(S4), 우향 채널에서 하향 채널로 전환시키는 제 5 스위치부(S5), 하향 채널에서 우향 채널로 전환시키는 제 6 스위치부(S6), 우향 채널에서 상향 채널로 전환시키는 제 7 스위치부(S7), 상향 채널에서 우향 채널로 전환시키는 제 8 스위치부(S8)를 포함할 수 있다. The switch units (S1 to S8) switch the direction of a signal passing through the router. According to an embodiment of the present invention, the switch units S1 to S4 include a first switch unit S1 for switching a direction of a signal from a down channel to a left channel, a second switch unit S2 for switching from a left channel to a down channel, A third switch unit S3 for switching the channel from the upstream channel to the left channel, a fourth switch unit S4 for switching the channel from the left channel to the up channel, a fifth switch unit S5 for switching the channel from the right channel to the down channel, A sixth switching unit S6 for switching from the downlink channel to the right channel, a seventh switching unit S7 for switching from the right channel to the uplink channel, and an eighth switching unit S8 for switching from the uplink channel to the right channel .

각 스위치부는 신호를 전송한 어느 한 라우터와 다른 행 및 다른 열에 배치된 다른 한 라우터를 목적지로 하는 신호의 방향을 전환시키는 하나 이상의 스위칭 모듈(SS1내지SSn)을 포함할 수 있는데, 이때, 각 스위치부(S1내지S8)는 다른 행 및 다른 열에 배치된 라우터 개수만큼 스위칭 모듈(SS1내지SSn)을 포함할 수 있다. 그러나, 같은 행 또는 같은 열에 배치된 라우터는 신호의 방향 전환이 불필요하기 때문에 해당 라우터에 대한 스위칭 모듈(SS1내지SSn)은 배치되지 않을 수 있다.Each switch unit may include one or more switching modules SS1 to SSn for switching the direction of a signal destined for one router that has transmitted the signal and another router that is disposed in another row and another column, The units S1 to S8 may include switching modules SS1 to SSn by the number of routers arranged in other rows and other columns. However, the switching modules SS1 to SSn for the corresponding router may not be disposed because routers disposed in the same row or the same column do not need redirection of signals.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 라우터의 각 스위치부(S1내지S8)는 다중 파장 신호에 대하여 각각을 공명시키는 하나 이상의 스위칭 모듈(MRj내지MRk)을 포함할 수 있다. 즉, 각 파장의 개수만큼 스위칭 모듈(MRj내지MRk)이 추가될 수 있다.Further, according to another embodiment of the present invention, each of the switch portions S1 to S8 of the router may include one or more switching modules MRj to MRk for resonating each of the multiple wavelength signals. That is, the switching modules MRj to MRk may be added by the number of wavelengths.

도 3은 단일 파장의 신호가 전송되는 경우 및 다중 파장의 신호가 전송되는 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 모듈(MRj내지MRk) 및 채널의 형태에 대한 도면이다.3 is a diagram of a switching module (MRj to MRk) and a channel type according to an embodiment of the present invention when a single wavelength signal is transmitted and when a multi-wavelength signal is transmitted.

도 3을 참조하면 단일 파장의 신호가 전송되는 경우, 별도의 채널이 없어도 하나의 스위칭 모듈(MRi)로 동작이 가능하나, 다중 파장의 신호가 전송되는 경우, 평행 구조의 채널과 각 파장을 공명시킬 스위칭 모듈(MRj내지MRk)을 추가해야 한다. 즉, 파장 수에 따라 스위칭 모듈(MR)의 개수가 달라질 수 있다. 더 나아가 채널의 배치도 달라질 수 있다.Referring to FIG. 3, when a signal of a single wavelength is transmitted, a single switching module MRi can operate without a separate channel. However, when a signal of multiple wavelengths is transmitted, (MRj to MRk). That is, the number of switching modules MR can be changed according to the number of wavelengths. Furthermore, the arrangement of the channels may also vary.

다시 도 2로 돌아가면, 출력부(E1내지E4)는 채널로부터 수신한 신호의 목적지가 상술한 라우터에 대응하는 컴포넌트인 경우 신호를 복조하여 컴포넌트로 전송한다. 이때, 라우터는 목적지 라우터가 된다.Returning to FIG. 2, the output units E1 to E4 demodulate and transmit the signal to the component when the destination of the signal received from the channel is a component corresponding to the router described above. At this time, the router becomes the destination router.

또한, 출력부(E1내지E4)는 대응하는 컴포넌트가 신호의 수신 대상이 되는 경우(즉, 수신 컴포넌트가 되는 경우), 채널을 통해 컴포넌트로부터 수신한 신호를 복조하여 컴포넌트로 신호를 전송한다. 이 때 출력부(E1내지E4)는 상향, 하향, 좌향, 또는 우향의 채널로부터 신호를 수신할 수 있고, 신호를 수신하는 라우터는 목적지 라우터가 된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 각 라우터마다 상향 채널, 하향 채널, 좌향 채널, 및 우향 채널이 연결될 수 있고, 기 설정된 경로 방향에 따라 출력부(E1내지E4)는 해당 채널로부터 신호를 수신할 수 있다.In addition, the outputs E1 through E4 demodulate the signals received from the components via the channel and transmit the signals to the components when the corresponding component becomes the receiving target of the signal (i.e., becomes the receiving component). At this time, the outputs E1 to E4 can receive signals from the up, down, left, or right channels, and the router receiving the signals becomes the destination router. According to an embodiment of the present invention, the uplink channel, the downlink channel, the left channel, and the right channel may be connected to each router, and the output units E1 to E4 may receive signals from the corresponding channels according to a predetermined path direction. have.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 네트워크 온 칩이 각 라우터에 대한 상향 채널, 하향 채널, 좌향 채널, 및 우향 채널을 포함하는 경우, 출력부(E1내지E4)는 좌향 채널로부터 신호를 수신하는 제 1 출력부(E1), 하향 채널로부터 신호를 수신하는 제 2 출력부(E2), 상향 채널로부터 신호를 수신하는 제 3 출력부(E3), 및 우향 채널로부터 신호를 수신하는 제 4 출력부(E4)를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, when the network-on-chip includes an uplink channel, a downlink channel, a left channel, and a right channel for each router, the outputs E1 through E4 output signals from the left channel A second output E2 for receiving a signal from the downlink channel, a third output E3 for receiving a signal from the uplink channel, and a fourth output E2 for receiving a signal from the right channel, And an output unit E4.

다시 도 1로 돌아가서 예를 들어, 컴포넌트 (1, 1)가 송신 컴포넌트, 컴포넌트 (n-1, 2)가 수신 컴포넌트가 되는 경우, 즉, 컴포넌트 (1,1)에서 컴포넌트 (n-1,2)로의 파장 λ3에 의해 YX-라우팅에 의한 경로로 신호가 전송 될 경우 컴포넌트 (1,1)의 제 2 입력부(I2)에서는 신호 변조, 컴포넌트 (n-1,2)의 제 4 출력부(E4)에서는 신호 복조, 컴포넌트 (1,2)의 제 6 스위칭부(S6)의 스위칭 모듈(SSn)에서는 방향 전환이 발생한다. 그러나 스위칭부의 스위칭 모듈은 전송 경로의 출발지와 목적지의 위치 관계에 따라 사용되지 않을 수 있다. 출발지와 목적지가 직선상에 위치한 경우, 즉 출발지 라우터의 행과 목적지 라우터의 행이 같거나, 출발지 라우터의 열과 목적지 라우터의 열이 같은 경우 해당 커뮤니케이션은 방향 전환을 거치지 않고(즉, 스위칭 모듈(SSn) 없이) 신호를 전송할 수 있다. 예를 들어, 컴포넌트 (1, 1)에서 컴포넌트 (1, 2)로 신호를 전송하는 경우가 그러하다. 따라서, 본 발명은 기존 중앙 집중형 라우터에 비해 적은 수의 스위칭 모듈(SS1내지SSn)을 필요로 한다. N개의 컴포넌트를 갖는 네트워크 온 칩을 2차원 메쉬 구조 기반의 분산형 파장 라우팅 광학 라우터로 구성할 때 필요한 스위칭 모듈의 개수는 다음과 같이 유도 될 수 있다.1, if the component (1, 1) is the transmitting component, and the component (n-1, 2) is the receiving component, ) portion of the fourth wavelength, if a signal is sent to the path by the YX- routed by λ 3 components (1, 1) to the second input (I2) in the modulation signal, component (n-1,2) of the output to the ( E4), the signal is demodulated and the switching module SSn of the sixth switching unit S6 of the components 1 and 2 generates a direction change. However, the switching module of the switching unit may not be used depending on the positional relationship between the source and destination of the transmission path. If the source and destination are on the same line, that is, if the source router's row and destination router's row are the same, or if the source router's column and destination's router's column are the same, then the communication will not be redirected ) Signal) can be transmitted. This is the case, for example, when signals are transmitted from component 1, 1 to components 1, 2. Accordingly, the present invention requires a smaller number of switching modules (SS1 to SSn) than conventional centralized routers. The number of switching modules required when constructing a network-on-chip with N components as a distributed wavelength routing optical router based on a two-dimensional mesh structure can be derived as follows.

먼저, 커뮤니케이션 집합은 XY-라우팅에의해 라우터 Rn에서 스위칭 된다고 가정한다. 라우터 Rn에서는 X축에서 Rn을 제외한 (

Figure 112013091228864-pat00001
) 개의 컴포넌트로부터 Y축에서 Rn을 제외한 (
Figure 112013091228864-pat00002
) 개의 컴포넌트로 신호를 스위칭 할 수 있도록 (
Figure 112013091228864-pat00003
)2개의 스위칭 모듈(SSn)을 가져야 한다. 즉, 한 라우터는 다른 행 및 다른 열에 존재하는 컴포넌트의 수, 즉 (
Figure 112013091228864-pat00004
)2 개만큼의 스위칭 모듈(SSn)을 필요로하고, 네트워크 온 칩의 모든 라우터에 필요한 스위칭 모듈(SSn)의 수는 N (
Figure 112013091228864-pat00005
)2 가 된다. First, it is assumed that the communication set is switched at router R n by XY-routing. The router R n R n, except for the X-axis (
Figure 112013091228864-pat00001
) Except for R n in the Y-axis from the two components (
Figure 112013091228864-pat00002
) Components to switch signals (
Figure 112013091228864-pat00003
) 2 to have a switching module (SSn). In other words, one router can count the number of components that exist in different rows and columns,
Figure 112013091228864-pat00004
) Requires the switching module (SSn) of as much as two, the number of switching modules (SSn) required by all routers in the network-on-chip is N (
Figure 112013091228864-pat00005
) 2 .

한편, 파장 수의 증가는 광학 장치의 비용 증가뿐만 아니라 광파의 간섭현상 등에 의해 광신호를 감쇄시켜 네트워크 온 칩의 성능을 저하시키는 요인이 된다. On the other hand, the increase in the number of wavelengths causes a decrease in the performance of the network-on-chip due to attenuation of the optical signal due to interference of the light wave as well as increase in the cost of the optical device.

이를 해결하기 위하여, 파장 라우팅 기반 광학 네트워크 온 칩의 커뮤니케이션은 고정된 신호 패턴을 고려하여 설계 단계에서 각 신호에 최소한의 파장이 할당되도록 할 수 있다.In order to solve this problem, the communication of wavelength-based optical network-on-chip allows a minimum wavelength to be allocated to each signal in the designing stage in consideration of a fixed signal pattern.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 온 칩의 하나 이상의 커뮤니케이션에 대한 파장할당장치의 도면이다.4 is a diagram of a wavelength allocation apparatus for one or more communications of a network-on-chip according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 파장할당장치는, 상술한 네트워크 온 칩의 설계시 라우터 간의 하나 이상의 커뮤니케이션에 대하여 파장을 각각 할당하고, 특정 신호 패턴을 고려하여, 네트워크 온 칩에 필요한 최소한의 파장 수를 결정한다. 상술한 네트워크 온 칩의 각 구성은 이러한 파장할당장치의 최소 파장 할당 기법에 의해 구현될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 파장할당 장치는 네트워크 온 칩의 외부 또는 네트워크 온 칩 상에서 각 커뮤니케이션에 파장을 할당할 수 있다. The wavelength allocating apparatus according to an embodiment of the present invention allocates wavelengths to at least one communication between routers in designing the network on chip as described above and calculates a minimum number of wavelengths . Each configuration of the above-described network-on-chip can be implemented by a minimum wavelength allocation technique of this wavelength allocation apparatus. A wavelength allocation apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention can allocate wavelengths to each communication on a network-on-a-chip or on a network-on-a-chip.

이를 위하여, 파장할당장치는 다음과 같이 방향결정부(10) 및 할당부(20)를 포함하고, 각 구성요소의 다음과 같은 제약조건을 필요조건으로 한다.To this end, the wavelength assignment apparatus includes a direction determination unit 10 and an assignment unit 20 as follows, and the following constraint condition of each component is a necessary condition.

먼저, 방향결정부(10)는 각 신호에 대하여 신호 전환 방향을 결정한다. 신호의 전환 방향은 예를들어, 가로방향에서 세로방향으로 전환되는 XY-라우팅, 또는 세로방향에서 가로방향으로 전환되는 YX-라우팅에서 선택된다. 도 1에 따르면 신호의 전환 방향은 YX-라우팅이 된다. 이를 수식으로 나타내면 수학식 1과 같다.First, the direction determination unit 10 determines a signal switching direction for each signal. The switching direction of the signal is selected, for example, in XY-routing, which is switched from the horizontal direction to the vertical direction, or YX-routing, which is switched from the vertical direction to the horizontal direction. 1, the direction of signal switching is YX-routing. This can be expressed by Equation (1).

Figure 112013091228864-pat00006
Figure 112013091228864-pat00006

여기서, C는 N개의 컴포넌트에서 생성 가능한 커뮤니케이션의 집합, Ci는 각 커뮤니케이션, R은 각 커뮤니케이션이 선택 가능한 신호 전환 방향(XY또는YX)의 집합을 의미한다.C denotes a set of communications that can be generated from N components, C i denotes each communication, and R denotes a set of signal switching directions (XY or YX) that each communication can select.

C i, XY와 Ci , YX는 의 신호 전환 방향에 따라 각각 0 또는 1의 값을 갖는다. 예를 들어 C3이 YX-라우팅을 하게 되면 의 값은 0, Ci , YX의 값은 1이 된다.C i, according to the signal switching direction of the XY and C i, YX has a value of 0 or 1. For example, when C 3 is YX- routed, the value of 0 is 0, and the value of C i , YX is 1.

이어서, 할당부(20)는 하나 이상의 신호에 대한 파장의 개수가 최소가 되도록 각 커뮤니케이션에 대하여 하나의 파장을 할당한다. 즉, 하기 수학식 2에 따르면 신호 전환 방향이 결정되면 방향이 결정된 커뮤니케이션(Ci ,r)은 집합 W의 파장 중 사용 가능한 하나의 파장을 할당받는다.Subsequently, the assigning unit 20 assigns one wavelength to each communication so that the number of wavelengths for one or more signals is minimized. That is, according to Equation (2), when the direction of signal conversion is determined, communication (C i , r ) in which the direction is determined is assigned one usable wavelength among the wavelengths of the set W.

Figure 112013091228864-pat00007
Figure 112013091228864-pat00007

여기서,

Figure 112013091228864-pat00008
는 커뮤니케이션ci이 r의 신호 전환 방향을 이용하는 경우, 파장 λj의 할당 여부를 나타내기 위해 0 또는 1의 값을 갖는 이진수, W는 발생한 모든 커뮤니케이션인 ci 에 할당 가능한 파장의 집합을 의미한다.here,
Figure 112013091228864-pat00008
Is a binary number having a value of 0 or 1 to indicate whether or not the wavelength λ j is allocated when the communication c i uses the signal switching direction of r, and W denotes a set of wavelengths assignable to all communications c i generated .

예를 들어,

Figure 112013091228864-pat00009
Figure 112013091228864-pat00010
Figure 112013091228864-pat00011
가 1의 값을 가지면 커뮤니케이션(c3)은 YX-라우팅을 하고, 파장 λ2를 할당 받았음을 나타낸다.E.g,
Figure 112013091228864-pat00009
Figure 112013091228864-pat00010
Figure 112013091228864-pat00011
Has a value of 1, the communication (c 3 ) performs YX-routing and indicates that the wavelength λ 2 has been allocated.

이때, 할당부(20)는 각 커뮤니케이션에 대하여 서로 다른 파장을 할당한다. 즉, 할당된 파장이 각 링크에서 다른 신호의 파장과 중복되지 않도록 한다. 이를 수식화하면 수학식 3과 같다.At this time, the assigning unit 20 assigns different wavelengths to each communication. That is, the allocated wavelength is not overlapped with the wavelength of the other signal in each link. This can be expressed as Equation (3).

Figure 112013091228864-pat00012
Figure 112013091228864-pat00012

여기서, Lz ,λj는 λj를 할당받은 커뮤니케이션의 존재 여부(존재하는 경우 1, 존재하지 않는 경우 0)를 의미하고, 각 커뮤니케이션이 서로 다른 파장을 할당 받기 때문에 최대값이 1임을 의미한다. C(Lz)는 링크 Lz를 지나는 커뮤니케이션의 집합을 의미한다.Here, L z , λ j means the existence of communication (1 if there is no communication and 0 when no communication exists) assigned to λ j , and the maximum value is 1 because each communication is assigned a different wavelength. C (L z ) means a set of communications across a link L z .

이와 같은 필요조건을 충족하는 범위 내에서 할당부(20)는 파장의 개수가 최소가 되도록 각 커뮤니케이션에 대하여 하나의 파장을 할당한다. 이를 수학식으로 나타내면 수학식 4와 같다.In order to meet such a requirement, the assigning unit 20 assigns one wavelength to each communication so that the number of wavelengths is minimized. This can be expressed by the following equation (4).

Figure 112013091228864-pat00013
Figure 112013091228864-pat00013

각 커뮤니케이션은 집합 W에 속한 파장을 할당 받는다. 이때, 할당되는 파장에 가중치(j)를 다르게 하고, 가중치가 낮은 파장이 선택되도록 하여 수학식 4의 값이 최소값을 갖도록 한다. Each communication is assigned a wavelength belonging to the set W. At this time, a weight (j) is assigned to a wavelength to be allocated, and a wavelength having a low weight is selected so that the value of Equation (4) has a minimum value.

수학식 4에 의하면 커뮤니케이션 Ci에 λj가 할당될 경우 j의 값이 가중된다. 목적함수는 낮은 가중치 j를 갖는 파장 λj를 할당하여 신호 전송에 사용되는 파장 수를 최소화할 수 있다.According to Equation (4), when? J is assigned to the communication C i , the value of j is weighted. The objective function is to minimize the number of wavelengths used for signal transmission by allocating a wavelength λ j has a lower weight j.

이때, 상술한 바와 같이 네트워크 온 칩은 파장 수에 따라 스위칭 모듈(MR)의 개수를 달리할 수 있다.At this time, as described above, the number of switching modules (MR) may be different according to the wavelength number of the network-on-chip.

도 5는 상술한 네트워크 온 칩에서 하나 이상의 라우터가 하나 이상의 컴포넌트 사이의 신호를 라우팅하는 방법에 대한 순서도를 도시한다.Figure 5 shows a flow diagram of how one or more routers in a network-on-chip described above routes signals between one or more components.

먼저, 송신 컴포넌트로부터 신호를 입력 받은(수신한) 출발지 라우터가 신호를 변조하여 상향, 하향, 좌향, 및 우향 중 어느 한 방향으로 신호를 전송한다(S530). 이때, 신호는 할당된 파장을 갖도록 변조되고, 신호가 전송되는 방향은 기 설정된 커뮤니케이션의 경로에 따라 결정된다. 또한, 네트워크 온 칩은 상향 채널, 하향 채널, 좌향 채널, 및 우향 채널을 각 라우터마다 포함할 수 있는데, 이와 관련하여는 이미 상술한 바 생략한다.First, a source router receiving (receiving) a signal from a transmitting component modulates a signal and transmits the signal in either the upward, downward, leftward, or rightward direction at step S530. At this time, the signal is modulated to have the assigned wavelength, and the direction in which the signal is transmitted is determined according to the predetermined communication path. In addition, the network-on-chip may include an uplink channel, a downlink channel, a left channel, and a right channel for each router, which has already been described above.

이어서, 출발지 라우터와 목적지 라우터가 다른 행 및 다른 열에 배치된 경우(S540) 방향전환 라우터가 신호의 방향을 전환시킨다(S545). 이때, 해당 스위칭부에 존재하는 스위칭 모듈이 신호의 방향을 전환시킨다. 이와 관련하여는 이미 상술한 바 생략한다. 다만, 출발지 라우터와 목적지 라우터가 같은 행 또는 같은 열에 배치된 경우(S540) 방향전환 라우터의 스위칭부는 신호의 방향을 전환시킬 필요 없이 다음 라우터로 신호를 전송한다.Then, if the source router and the destination router are located in different rows and another column (S540), the redirecting router switches the direction of the signal (S545). At this time, the switching module in the switching unit switches the direction of the signal. In this regard, the above description is omitted. However, if the source router and the destination router are located in the same row or in the same column (S540), the switching unit of the redirect router transmits the signal to the next router without switching the direction of the signal.

마지막으로, 어느 한 방향의 채널로부터 신호를 수신한 목적지 라우터가 신호를 복조한 후 수신 컴포넌트로 신호를 출력(전송)한다(S550). 어느 한 방향은 상향, 하향, 좌향, 및 우향 중 어느 한 방향이다. 이때, 신호는 할당된 파장을 갖도록 변조된 것으로, 변조된 방식에 대응하는 방식으로 복조된다. 신호가 전송되는 방향은 기 설정된 커뮤니케이션의 경로에 따라 결정된다. 또한, 네트워크 온 칩은 상향 채널, 하향 채널, 좌향 채널, 및 우향 채널을 각 라우터마다 포함할 수 있는데, 이와 관련하여는 이미 상술한 바 생략한다.Finally, the destination router receiving the signal from the channel in either direction demodulates the signal and outputs (transmits) the signal to the receiving component (S550). Either direction may be upward, downward, leftward, or rightward. At this time, the signal is modulated to have the assigned wavelength, and is demodulated in a manner corresponding to the modulated manner. The direction in which the signal is transmitted is determined according to the predetermined communication path. In addition, the network-on-chip may include an uplink channel, a downlink channel, a left channel, and a right channel for each router, which has already been described above.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 네트워크 온 칩을 설계하는 과정에서 파장할당장치는 하나 이상의 커뮤니케이션에 대해 각각 파장을 할당할 수 있는데, 먼저, 파장할당장치가 각 커뮤니케이션의 신호 전환 방향을 XY-라우팅 또는 YX-라우팅 중에서 결정한다(S510). 그리고, 하나 이상의 커뮤니케이션에 대해 할당할 파장의 개수가 최소가 되도록 각 커뮤니케이션에 대하여 하나의 파장을 할당 한다(S520). 이때, 본 발명의 일 실시예에 따르면 각 커뮤니케이션에 할당되는 파장은 서로 다르다. 이는 파장 할당의 필요조건으로서, 이미 상술한 바 생략한다. According to an embodiment of the present invention, in the process of designing a network-on-chip, the wavelength allocation device may allocate wavelengths to one or more communications. First, the wavelength allocation device transmits XY- Or YX-routing (S510). Then, one wavelength is assigned to each communication so that the number of wavelengths to be allocated to one or more communications is minimized (S520). At this time, according to an embodiment of the present invention, wavelengths allocated to respective communications are different from each other. This is a requirement of the wavelength allocation, and is already described above.

참고로, 본 발명의 실시예에 따른 도 1 내지 도 4에 도시된 구성 요소들은 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 구성 요소를 의미하며, 소정의 역할들을 수행한다.1 to 4 according to an embodiment of the present invention refers to a hardware component such as software or an FPGA (Field Programmable Gate Array) or ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and a predetermined role Lt; / RTI >

그렇지만 '구성 요소들'은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, 각 구성 요소는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.However, 'components' are not meant to be limited to software or hardware, and each component may be configured to reside on an addressable storage medium and configured to play one or more processors.

따라서, 일 예로서 구성 요소는 소프트웨어 구성 요소들, 객체지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성 요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성 요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다.Thus, by way of example, an element may comprise components such as software components, object-oriented software components, class components and task components, processes, functions, attributes, procedures, Routines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables.

구성 요소들과 해당 구성 요소들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성 요소들로 결합되거나 추가적인 구성 요소들로 더 분리될 수 있다.The components and functions provided within those components may be combined into a smaller number of components or further separated into additional components.

한편, 도 1 내지 도 4에서 도시된 각각의 구성요소는 일종의 '모듈'로 구성될 수 있다. 상기 '모듈'은 소프트웨어 또는 Field Programmable Gate Array(FPGA) 또는 주문형 반도체(ASIC, Application Specific Integrated Circuit)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, 모듈은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 모듈은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 모듈은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 구성요소들과 모듈들에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 모듈들로 더 분리될 수 있다.Meanwhile, each of the components shown in FIGS. 1 to 4 may be configured as a 'module'. The term 'module' refers to a hardware component such as software or a Field Programmable Gate Array (FPGA) or an Application Specific Integrated Circuit (ASIC), and the module performs certain roles. However, a module is not limited to software or hardware. A module may be configured to reside on an addressable storage medium and may be configured to execute one or more processors. The functionality provided by the components and modules may be combined into a smaller number of components and modules or further separated into additional components and modules.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

Claims (12)

하나 이상의 컴포넌트 간의 신호를 라우팅하는 네트워크 온 칩에 있어서,
각 컴포넌트의 신호의 송수신을 제어하는 하나 이상의 라우터; 및
각 라우터에 할당된 커뮤니케이션에 따라 상향, 하향, 좌향, 및 우향 중 어느 한 방향으로 상기 각 라우터의 신호가 전송되도록 연결하는 채널을 포함하되,
상기 네트워크 온 칩은 파장 라우팅 기반 광학 네트워크 온 칩(Wavelength-routed ONoC, WONoC)이고,
상기 하나 이상의 라우터는 2차원 메쉬 구조를 기반으로 하고,
상기 각 라우터는,
대응하는 컴포넌트로부터 수신한 신호를 변조하여 상기 채널을 통해 어느 한 방향으로 신호를 전송하는 입력부;
상기 각 라우터를 통과하는 신호의 방향을 전환시키는 스위치부; 및
상기 채널로부터 수신한 신호를 복조하여 상기 컴포넌트로 전송하는 출력부를 포함하되,
상기 신호는 상기 네트워크 온 칩에 할당된 파장의 개수가 최소가 되도록, 상기 각 커뮤니케이션에 대하여 서로 다른 하나의 파장을 할당받는 것인 네트워크 온 칩.
A network-on-chip that routes signals between one or more components,
One or more routers for controlling transmission and reception of signals of each component; And
And a channel for connecting the signals of the respective routers to be transmitted in one of upward, downward, leftward, and rightward directions according to communication assigned to the respective routers,
The network-on-chip is a Wavelength-routed ONOC (WONoC)
Wherein the one or more routers are based on a two dimensional mesh structure,
Each of the routers includes:
An input unit for modulating a signal received from a corresponding component and transmitting a signal in one direction through the channel;
A switch unit for switching a direction of a signal passing through each of the routers; And
And an output unit for demodulating a signal received from the channel and transmitting the demodulated signal to the component,
Wherein the signal is assigned a different wavelength for each communication so that the number of wavelengths allocated to the network-on-chip is minimized.
제 1 항에 있어서,
상기 채널은,
상기 각 라우터를 연결하는 상향 채널, 하향 채널, 좌향 채널, 및 우향 채널을 포함하고,
상기 입력부는,
상기 좌향 채널을 통해 신호를 전송하는 제 1 입력부, 상기 하향 채널을 통해 신호를 전송하는 제 2 입력부, 상기 상향 채널을 통해 신호를 전송하는 제 3 입력부, 및 상기 우향 채널을 통해 신호를 전송하는 제 4 입력부를 포함하고,
상기 스위치부는,
상기 신호의 방향을 하향 채널에서 좌향 채널로 전환시키는 제 1 스위치부, 좌향 채널에서 하향 채널로 전환시키는 제 2 스위치부, 상향 채널에서 좌향 채널로 전환시키는 제 3 스위치부, 좌향 채널에서 상향 채널로 전환시키는 제 4 스위치부, 우향 채널에서 하향 채널로 전환시키는 제 5 스위치부, 하향 채널에서 우향 채널로 전환시키는 제 6 스위치부, 우향 채널에서 상향 채널로 전환시키는 제 7 스위치부, 상향 채널에서 우향 채널로 전환시키는 제 8 스위치부를 포함하고,
상기 출력부는,
상기 좌향 채널로부터 신호를 수신하는 제 1 출력부, 상기 하향 채널로부터 신호를 수신하는 제 2 출력부, 상기 상향 채널로부터 신호를 수신하는 제 3 출력부, 및 상기 우향 채널로부터 신호를 수신하는 제 4 출력부를 포함하는 네트워크 온 칩.
The method according to claim 1,
The channel may comprise:
An uplink channel, a downlink channel, a left channel, and a right channel for connecting the routers,
Wherein the input unit comprises:
A first input unit for transmitting a signal through the left channel, a second input unit for transmitting a signal through the down channel, a third input unit for transmitting a signal through the up channel, and a second input unit for transmitting a signal through the right channel. 4 input sections,
Wherein,
A first switch unit for switching the direction of the signal from a down channel to a left channel, a second switch unit for switching from a left channel to a down channel, a third switch unit for switching from an up channel to a left channel, A fifth switch unit for switching from the right channel to the down channel, a sixth switch unit for switching from the down channel to the right channel, a seventh switch unit for switching from the right channel to the up channel, Channel, wherein the first switch unit is connected to the first switch unit,
The output unit includes:
A first output for receiving a signal from the left channel, a second output for receiving a signal from the downlink channel, a third output for receiving a signal from the uplink channel, and a fourth output for receiving a signal from the right channel. A network-on-chip comprising an output.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 하나 이상의 라우터 중 어느 한 라우터의 각 스위치부는,
상기 어느 한 라우터를 통과하는 신호를 전송한 라우터와 다른 행 및 다른 열에 배치된 라우터를 목적지로 하는 상기 어느 한 라우터를 통과하는 신호의 방향을 전환시키는 스위칭 모듈을 포함하는 네트워크 온 칩.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein each switch unit of any one of the one or more routers includes:
And a switching module for switching a direction of a signal passing through any one of the routers whose destination is a router arranged in a different row and another column than a router transmitting the signal passing through the one router.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 라우터의 각 스위치부는,
상기 신호가 다중 파장의 신호인 경우, 각 파장의 신호를 공명시킬 하나 이상의 스위칭 모듈을 포함하는 네트워크 온 칩.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein each switch unit of the router includes:
Wherein the network-on-chip comprises one or more switching modules to resonate signals of respective wavelengths if the signals are signals of multiple wavelengths.
네트워크 온 칩의 하나 이상의 커뮤니케이션에 대한 파장할당장치에 있어서,
각 커뮤니케이션에 대하여 신호 전환 방향을 결정하는 방향결정부; 및
할당하는 파장의 개수가 최소가 되도록 각 신호에 대하여 하나의 파장을 할당하는 할당부를 포함하되,
상기 네트워크 온 칩은,
파장 라우팅 기반 광학 네트워크 온 칩(Wavelength-routed ONoC, WONoC)이고,
각 컴포넌트의 신호의 송수신을 제어하는 하나 이상의 라우터; 및
각 라우터에 할당된 커뮤니케이션에 따라 상향, 하향, 좌향, 및 우향 중 어느 한 방향으로 상기 각 라우터의 신호가 전송되도록 연결하는 채널을 포함하고,
상기 각 라우터는,
대응하는 컴포넌트로부터 수신한 신호를 변조하여 상기 채널을 통해 어느 한 방향으로 신호를 전송하는 입력부;
상기 각 라우터를 통과하는 신호의 방향을 전환시키는 스위치부; 및
상기 채널로부터 수신한 신호를 복조하여 상기 컴포넌트로 전송하는 출력부를 포함하며,
상기 할당부는 상기 네트워크 온 칩에 할당된 파장의 개수가 최소가 되도록, 상기 각 커뮤니케이션에 대하여 서로 다른 하나의 파장을 할당하는 것인 파장 할당 장치.
A wavelength allocation apparatus for one or more communications of a network-on-chip,
A direction determination unit for determining a signal switching direction for each communication; And
And an allocation unit that allocates one wavelength to each signal so that the number of allocated wavelengths is minimized,
The network-on-
Wavelength-based optical network-on-chip (WONOC)
One or more routers for controlling transmission and reception of signals of each component; And
And a channel for connecting signals of the respective routers to be transmitted in any one of an upward direction, a downward direction, a leftward direction, and a right direction according to communication assigned to each router,
Each of the routers includes:
An input unit for modulating a signal received from a corresponding component and transmitting a signal in one direction through the channel;
A switch unit for switching a direction of a signal passing through each of the routers; And
And an output unit for demodulating a signal received from the channel and transmitting the demodulated signal to the component,
Wherein the allocating unit assigns one wavelength different for each communication so that the number of wavelengths allocated to the network-on-chip is minimized.
제 5 항에 있어서,
상기 방향결정부는,
상기 신호 전환 방향을 XY방향 또는 YX방향에서 결정하는 파장할당장치.
6. The method of claim 5,
The direction determining unit may determine,
And the signal switching direction is determined in the XY direction or the YX direction.
삭제delete 제 5 항에 있어서,
상기 할당부는,
하기 수학식을 만족하도록 파장을 할당하는 파장할당장치.
[수학식]
Figure 112014084871030-pat00014

Figure 112014084871030-pat00015

Figure 112014084871030-pat00016

Figure 112014084871030-pat00017

여기서, C는 N개의 컴포넌트에서 생성 가능한 커뮤니케이션의 집합, Ci는 각 커뮤니케이션. R은 각 커뮤니케이션이 선택 가능한 신호 전환 방향의 집합, r은 각 신호 전환 방향, C i, XY와 Ci, YX는 신호 전환 방향(r)에 따라 각각 0 또는 1의 값을 갖는 커뮤니케이션,
Figure 112014084871030-pat00018
는 커뮤니케이션 Ci가 r의 신호 전환 방향을 이용하는 경우, 파장 λj의 할당 여부를 나타내기 위해 0 또는 1의 값을 갖는 이진수, W는 생성된 모든 커뮤니케이션인 ci 에 할당 가능한 파장의 집합, Lz, λj는 λj를 할당받은 커뮤니케이션의 존재 여부, C(Lz)는 링크 Lz를 지나는 커뮤니케이션의 집합, j는 파장 λj에 대한 가중치를 의미함.
6. The method of claim 5,
Wherein the allocating unit comprises:
And a wavelength is allocated so as to satisfy the following equation.
[Mathematical Expression]
Figure 112014084871030-pat00014

Figure 112014084871030-pat00015

Figure 112014084871030-pat00016

Figure 112014084871030-pat00017

Here, C is the set of possible communication generated in the N component, C i is each communication. R is a set of signal switching directions that each communication can select, r is a signal switching direction, C i, XY and C i, and Y X are communication having a value of 0 or 1 according to the signal switching direction (r)
Figure 112014084871030-pat00018
Is a binary number having a value of 0 or 1 to indicate whether or not the wavelength λ j is allocated when the communication C i uses the signal switching direction of r, W is a set of wavelengths assignable to all the generated communications c i , L z, λj is the presence of communication that has been assigned λ j , C (L z ) is the set of communications across the link L z , and j is the weight for the wavelength λ j .
네트워크 온 칩에서 하나 이상의 라우터가 하나 이상의 컴포넌트 사이의 신호를 라우팅하는 방법에 있어서,
상기 라우터는 상기 신호의 송수신을 제어하는 2차원 매쉬구조를 기반으로 하되,
출발지 라우터가 대응하는 컴포넌트로부터 수신한 신호를 변조하여 할당된 커뮤니케이션에 따라 상향, 하향, 좌향, 및 우향 중 어느 한 방향으로 상기 신호를 목적지 라우터에 전송하는 단계; 및
상기 목적지 라우터가 상기 전송된 신호를 복조하여 대응하는 컴포넌트로 전송하는 단계를 포함하되,
상기 네트워크 온 칩은 파장 라우팅 기반 광학 네트워크 온 칩(Wavelength-routed ONoC, WONoC)이고,
상기 하나 이상의 라우터 간의 각 커뮤니케이션은 상기 출발지 라우터가 상기 신호를 전송하기 이전에 상기 신호의 전환 방향이 결정되며,
상기 신호는 상기 네트워크 온 칩에 할당된 파장의 개수가 최소가 되도록, 상기 각 커뮤니케이션에 대하여 서로 다른 하나의 파장을 할당받는 것인 라우팅방법.
A method for routing signals between one or more components in a network-on-chip,
The router is based on a two-dimensional mesh structure for controlling transmission and reception of the signals,
Modulating a signal received from a corresponding component of a source router and transmitting the signal to a destination router in either direction of upward, downward, leftward, and rightward according to the assigned communication; And
The destination router demodulating the transmitted signal and transmitting the demodulated signal to a corresponding component,
The network-on-chip is a Wavelength-routed ONOC (WONoC)
Wherein each communication between the one or more routers determines the direction of the switching of the signal before the source router transmits the signal,
Wherein the signal is allocated a different wavelength for each communication so that the number of wavelengths allocated to the network-on-chip is minimized.
제 9 항에 있어서,
상기 컴포넌트로 전송하는 단계 이전에,
상기 출발지 라우터와 상기 목적지 라우터가 다른 행 및 다른 열에 배치된 경우 방향전환 라우터가 상기 신호의 방향을 전환시키는 단계를 더 포함하는 라우팅방법.
10. The method of claim 9,
Prior to transmitting to the component,
Further comprising diverting the direction of the signal if the source router and the destination router are located in different rows and other columns.
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