KR102059548B1 - Vfi 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법, vfi 네트워크 온칩에 대한 구역내 라우팅 방법, vfi 네트워크 온칩에 대한 구역내 및 구역간 라우팅 방법 및 이를 실행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체 - Google Patents

Vfi 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법, vfi 네트워크 온칩에 대한 구역내 라우팅 방법, vfi 네트워크 온칩에 대한 구역내 및 구역간 라우팅 방법 및 이를 실행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체 Download PDF

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한태희
김주성
홍정범
강주연
강민구
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Abstract

본 발명은 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법, VFI 네트워크 온칩에 대한 구역내 라우팅 방법, VFI 네트워크 온칩에 대한 구역내 및 구역간 라우팅 방법 및 이를 실행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체에 관한 것이다.
본 발명의 일례에 따른 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법은 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘을 수행하여 최단 경로를 결정하고, 최단 경로 상에서 제1 링크의 트래픽 양이 제1 링크의 최대 대역폭보다 큰 경우, 복수의 후보 라우팅 경로를 생성하여, 복수의 후보 라우팅 경로 중 비용(cost)이 가장 작은 어느 하나의 후보 라우팅 경로를 라우팅할 수 있다.
또한, 본 발명의 일례에 따른 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역내 라우팅 방법은 VFI 영역의 폭(M)과 VFI 영역의 높이(N)에 따라, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration)을 다르게 설정하고, VFI 영역의 폭(M)과 VFI 영역의 높이(N)에 따라 다른 라우팅을 수행할 수 있다.

Description

VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법, VFI 네트워크 온칩에 대한 구역내 라우팅 방법, VFI 네트워크 온칩에 대한 구역내 및 구역간 라우팅 방법 및 이를 실행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체{Inter Routing Method for VFI Network-on-Chip, Intra Routing Method for VFI Network-on-Chip, Intra and Inter Routing Method for VFI Network-on-Chip and Computer Readable Recording Medium on which program therefor is recorded}
본 발명은 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법, VFI 네트워크 온칩에 대한 구역내 라우팅 방법, VFI 네트워크 온칩에 대한 구역내 및 구역간 라우팅 방법 및 이를 실행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은 교육 과학 기술부의 국립 과학 재단을 통한 기초 과학 연구 프로그램 (NRF-2018R1D1A1B07043585)에 의해 부분적으로 지원되었다.
수십 년 동안 반도체 산업을 주도해온 무어의 법칙(Moore’s Law)은 프로세스 개발의 한계점에서 더 이상 적용 할 수 없다. 이에 따라, 트랜지스터의 집적 밀도를 높이는 대신 멀티 코어 및 멀티 코어 시스템을 사용하는 칩 구조가 상용화되었다.
증가하는 코어의 문제를 해결하기 위해, 확장성 및 병렬성에서 이점을 나타내는 네트워크 온 칩(Network-on-Chip, 이하, NoC라 함) 아키텍처가 주목 받고 있다. 전압-주파수-구역(voltage frequency island, 이하, VFI라 함)는 칩의 많은 코어와 상호 연결에서 발생하는 에너지 문제를 줄이기 위한 저전력 설계 기법으로 NoC 구조에 적용하기 위한 많은 연구가 수행되었다.
그러나, 소형화 된 트랜지스터의 높은 실패 가능성은 칩의 수명을 악화시키므로, NoC 구조의 추가 개발함에 있어, 신뢰성 문제가 중요하게 대두되었다.
그럼에도 불구하고 VFI 환경 특성을 고려한 저전력 NoC의 신뢰성 향상 연구는 거의 이루어지지 않았다.
전통적인 VFI NoC 연구에서 NoC의 지역 세분화 방법 및 매핑 방법에 대한 많은 연구가 수행되었다. 그러나 라우팅 기반 방식에 대한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다.
또한, 이와 방법들은 주로 에너지에 포커싱한 연구들이 주를 이루었으며, 신뢰성에 대한 연구가 거의 이루어지지 않았다.
특히, VFI 환경의 라우팅 방법은 라우팅시에 발생되는 에너지 소비를 줄이기 위해, 여러 VFI 영역을 통과하는 횟수를 최소화한다. 그러나 에너지 전용 라우팅을 적용하면 특정 링크에서 과도한 트래픽 집중으로 인한 오류 발생 가능성이 높아질 수 있다.
따라서, MTFF(Mean Time to Failure)를 줄이는 NBTI(negative bias temperature instability)및 TDDB(time dependent dielectric breakdown)와 같은 칩 고장의 주요 원인을 가속화하는 문제점이 있다.
VFI NoC는 전압과 주파수가 칩 전체적으로는 비동기식이고, 지역적으로는 동기 식으로 작동하는 GALS(global asynchronous local synchronous)방식이 사용된다. 이에 따라, NoC 아키텍처에서 칩 내부를 복수의 VFI 영역으로 분할하고, 각 VFI 영역별로 서로 다른 동작 전압과 주파수를 할당하는 VFI 기반 기법이 도입되었다.
VFI 기술을 NoC 에 적용하기 위한 설계 기술은 세 단계로 구성된다.
첫째, 파티셔닝 프로세스는 유사한 동작 전압 및 주파수를 갖는 코어를 결합한다. 토폴로지(topology)를 결정하기 위해 PE(Preinstallation Environment) 간의 작업 그래프에서 작업 부하 정보를 추출하고, 작업 스케줄링을 수행하고, 동작 전압 및 클럭 주파수의 초기 값을 각 코어에 할당한다.
결과적으로 통신량과 에너지 소비량을 고려하여 어떤 코어가 동일한 파티션에 포함되는지를 수학적으로 결정한다.
그런 다음, 복수의 VFI 영역 중 동일한 VFI 영역에 타일(tile)을 배치하는 방법에 대한 토폴로지가 결정되고, NoC 구조에 사용된 라우팅 기법이 적용된다. 이 과정에서 간단하고 수행 능력이 좋은 XY 라우팅 기법이 주로 활용된다.
마지막으로, VFI NoC 영역을 분할 할 때, 코어의 위치 및 라우팅 정보를 수신하고, 각 VFI 영역에 대한 적절한 동작 전압 및 클록 주파수를 할당한다.
이에 따라, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, NoC 아키텍처에서 칩 내부를 복수의 VFI 영역, 즉 VF1, VF2, VF3 영역으로 분할할 수 있다.
이와 같은 일련의 과정을 반복함으로써, 최적의 VFI NoC 설계를 유도할 수 있다. 그러나 각 타일(tile)에 필요에 전압과 주파수를 할당하기 위해서는, 전압의 개수 및 주파수 동기화 로직, mixed clock FIFO (mcFIFO) 및 voltage level converter (VLC)가 필요하다.
이러한 동기화 로직은 칩 에너지 소비 및 디자인 복잡성을 증가시킨다. 따라서 이 문제를 해결하기 위해 NoC 구조에 VFI 기술을 적용 할 때 에너지 최적화를 고려한 많은 기술이 연구되었다.
이전의 연구에서는 NBTI, HCI 및 전자 이주 현상(electromigration)과 같은 오류를 줄이기 위해, adaptive aging avoidance (AAA) 라우팅 방법이 사용되었고, AAA 라우팅은 네트워크 트래픽 양을 균등하게 분배한다.
AAA 라우팅 알고리즘의 한계는 두 가지이다. 첫째, 트래픽 상태가 미리 알려져야하기 때문에 정보 전송의 추가 오버 헤드가 발생한다. 둘째, 디자인이 상당히 복잡하다. adaptive routing 은 데드락 및 라이브 잠금 처리를 위해 별도의 기술이 필요하기 때문에 라우터는 이 두 가지 기술을 염두에 두고 설계되어야 한다.
최근, 이러한 결점을 해결하기 위해 LAXY(location-based aging-resilient Xy-Yx) 라우팅 알고리즘이 제안되었다.
LAXY 라우팅 알고리즘은 설계가 간단하며 패킷을 전송할 때 추가 트래픽 정보를 필요로 하지 않는다.
또한, LAXY 알고리즘은 기존 XY 라우팅의 단점을 개선한다. 이에 대해 보다 구체적으로 도 1의 (b)를 참조하면 다음과 같다. 도 1의 (b)에서 실선 화살표는 XY 라우팅 경로를, 점선 화살표는 YX 라우팅 경로를 나타낸다.
도 1의 (b)에 도시 된 바와 같이, XY 라우팅은 트래픽 양이 NoC 중앙 영역에 집중되어 있기 때문에 정적으로 영역을 분배하므로, NoC 중앙 영역에 핫 스폿 영역이 생성된다.
그러나, LAXY 알고리즘은 기존 XY 라우팅의 단점을 개선하여, 기존 XY 라우팅에서, 도 1 (b)와 같이, Fishtail이라는 특정 구성을 사용하여 서쪽 및 동부 지역에서만 YX 라우팅을 사용하여 트래픽을 분산시킨다.
그러나, 이와 같은 종래의 VFI-NoC에서 고장 감내 라우팅 기법, 에너지를 고려한 라우팅 기법 등 다양한 라우팅 기법들이 있었지만, Lifetime을 증가하기 위한 라우팅 방법이 없었고 전체적인 신뢰성에 대한 연구가 부족했다.
본 발명은 VFI 네트워크 온 칩의 수명 향상시키고, 신뢰성을 향상시키기 위해 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역내 및 구역간 라우팅 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일례에 따른 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법은 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘을 수행하여, VFI 구역 간의 최단 라우팅 경로를 갖는 최단 경로를 결정하고, 최단 경로 상에서 VFI 구역의 경계에 위치한 제1 링크가 전송할 트래픽 양을 저장하는 최단 경로 결정 단계; 최단 경로 상에서 제1 링크의 트래픽 양이 제1 링크의 최대 대역폭보다 큰 경우, 최단 경로와 다른 복수의 후보 라우팅 경로를 생성하는 후보 라우팅 경로 생성 단계; 및 모든 복수의 후보 라우팅 경로 각각에서, 각 복수의 후보 라우팅 경로 상에서 VFI의 경계에 위치한 제2 링크의 트래픽 양이 제2 링크의 최대 대역폭 이하인 경우, 복수의 후보 라우팅 경로 중 복수의 후보 라우팅 경로 각각에 대한 비용(cost)이 가장 작은 어느 하나의 후보 라우팅 경로를 라우팅하는 최저 비용 라우팅 단계;를 포함하고, 비용은 복수 후보 라우팅 경로 각각의 경로에 대한 홉 카운트의 개수와 소비되는 에너지의 곱으로 정의될 수 있다.
여기서, 최단 경로 결정 단계 이후, 제1 링크의 트래픽 양이 제1 링크의 최대 대역폭 이하인 경우, 최단 경로를 라우팅할 수 있다.
또한, 최단 경로 결정 단계 이후, 제1 링크의 트래픽 양이 제1 링크의 최대 대역폭보다 크고, 최단 경로의 시작점과 끝점이 직선이면, 최단 경로를 라우팅할 수 있다.
아울러, 후보 라우팅 경로 생성 단계에서, 복수의 후보 라우팅 경로는 비용에 대한 가중치를 각각 다르게 부여하고 다익스트라 알고리즘을 수행하여 생성할 수 있다.
또한, 후보 라우팅 경로 생성 단계에서 생성된 모든 복수의 후보 라우팅 경로 각각에서, 제2 링크의 트래픽 양이 제2 링크의 최대 대역보다 크고, 복수의 후보 라우팅 경로 각각에 대한 비용이 서로 동일한 경우, 복수의 후보 라우팅 경로 중 구역간 링크가 서로 공유되지 않는 후보 라우팅 경로를 라우팅할 수 있다.
또한, 후보 라우팅 경로 생성 단계에서 생성된 모든 복수의 후보 라우팅 경로 각각의 제2 링크의 트래픽 양이 제2 링크의 최대 대역보다 크고, 복수의 후보 라우팅 경로 각각의 비용이 서로 다른 경우, 복수의 후보 라우팅 경로 중 누적 트래픽 양이 가장 작은 후보 라우팅 경로를 선택하여 라우팅할 수 있다.
아울러, 복수의 후보 라우팅 경로 중 비용이 가장 작은 후보 라우팅 경로가 복수 개이거나, 비용이 가장 작은 후보 라우팅 경로와 비용이 차순위로 낮은 후보 라우팅 경로 사이에서 비용이 미리 설정된 범위 이내로 작은 경우, 비용이 가장 작은 후보 라우팅 경로와 비용이 차순위로 낮은 후보 라우팅 경로 중 링크의 지나간 횟수가 가장 작은 경로를 라우팅할 수 있다.
또한, 복수의 후보 라우팅 경로 중 비용이 가장 작은 후보 라우팅 경로와 비용이 차순위로 낮은 후보 라우팅 경로 사이에서 비용이 미리 설정된 범위를 넘어서는 경우, 최단 경로를 라우팅할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 프로그램이 기록된 기록매체는 전술한 VFI 네트워크 온칩을 위한 구역간 라우팅 방법을 실행하기 위한 프로그램이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일례에 따른 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역내 라우팅 방법은 VFI 영역의 폭(M)과 VFI 영역의 높이(N)에 따라, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration)을 다르게 설정하는 설정 단계; 및 VFI 네트워크 온 칩에서 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션으로 설정된 구역 내에서는 YX 라우팅을 수행하고, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration)으로 설정된 구역 밖에서는 XY 라우팅을 수행하는 라우팅 단계;를 포함할 수 있다.
설정 단계에서, VFI 영역의 폭(M)과 VFI 영역의 높이(N)가 동일하면, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration)을 (N-2, N-4, N-6, N-8)으로 설정하고, VFI 영역의 폭(M)이 VFI 영역의 높이(N)보다 크면, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션을 (N-2, N-4, 0, 0)으로 설정하고, VFI 영역의 폭(M)이 VFI 영역의 높이(N)보다 작으면, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션을 (N-4, N-6, 0, 0)로 설정할 수 있다.
VFI 네트워크 온 칩에서 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션으로 설정된 구역 밖의 영역을 영역 X로 할당하고, 렉시(LAXY)의 컨피그레이션으로 설정된 구역 내의 영역을 영역 Y로 할당하고, 라우터가 영역 X에 위치하는 경우, XY 라우팅을 수행하고, 라우터가 영역 Y에 위치하는 경우, YX 라우팅을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 프로그램이 기록된 기록 매체는 전술한 VFI 네트워크 온칩을 위한 구역내 라우팅 방법을 실행하기 위한 프로그램이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 VFI 네트워크 온칩을 위한 구역내 및 구역간 라우팅 방법은 전술한 VFI 네트워크 온칩을 위한 구역간 라우팅 방법을 이용하여 서로 다른 VFI 영역 간에 라우팅을 수행하고, 전술한 VFI 네트워크 온칩을 위한 구역내 라우팅 방법을 이용하여 동일한 VFI 영역 내에서의 라우팅을 수행할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 프로그램이 기록된 기록매체는 VFI 네트워크 온칩을 위한 구역내 및 구역간 라우팅 방법을 실행하기 위한 프로그램이 제공될 수 있다.
본 발명의 일례에 따른 VFI 네트워크 온 칩에 대한 구역간 라우팅 방법은 다익스트라 라우팅 경로에 위치한 링크의 트래픽 양이 링크의 최대 대역폭보다 큰 경우, 복수의 후보 라우팅 경로를 생성하고, 복수의 후보 라우팅 경로 중 비용이 가장 작은 후보 라우팅 경로를 라우팅하도록 함으로써, 에너지 효율적으로 운용하는 동시에 신뢰성을 향상시킬 수 있고, VFI 네트워크 온칩에 대한 수명을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일례에 따른 VFI 네트워크 온 칩에 대한 구역내 라우팅 방법은 해당 VFI 영역의 폭과 높이에 따라, 렉시(LAXY)의 컨피그레이션(Configuration)을 다르게 설정하여, 에너지 효율적으로 운용하는 동시에 신뢰성을 향상시킬 수 있고, VFI 네트워크 온칩에 대한 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1은 NoC 아키텍처에서 칩 내부를 복수의 VFI 영역으로 분할한 일례와 LAXY 라우팅 방법을 설명하기 위한 일례이다.
도 2는 일반적인 구역외(Inter) VFI 통신과 본원 발명의 일례에 따른 구역외(Inter) VFI 통신시 라우팅 경로를 비교 설명하기 위한 도이다.
도 3은 본 발명에 따른 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법의 일례를 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법에 대한 알고리즘의 구현한 일례이다.
도 5은 본 발명에 따른 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역내 라우팅 방법의 일례를 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 6은 VFI 영역의 폭(M)과 VFI 영역의 높이(N)가 동일한 경우, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration) 영역을 도시한 것이다.
도 7은 VFI 영역의 폭(M)이 VFI 영역의 높이(N)보다 큰 경우, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration) 영역을 도시한 것이다.
도 8은 VFI 영역의 폭(M)이 VFI 영역의 높이(N)보다 작은 경우, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration) 영역을 도시한 것이다.
도 9는 도 5에 도시된 본 발명에 따른 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역내 라우팅 방법에 대한 알고리즘의 구현한 일례이다.
도 10은 본 발명에 따른 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 및 구역내 라우팅의 MTTF 결과를 구역간 VFI 인식 라우팅(Inter VFI-aware Routing) 및 구역내 XY 라우팅의 MTTF 결과와 비교한 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 및 구역내 라우팅에 의해 소비되는 에너지를 구역간 VFI 인식 라우팅(Inter VFI-aware Routing) 및 구역내 XY 라우팅에 의해 소비되는 에너지와 비교한 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 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.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 네트워크 온칩에 적용되는 VFI 환경의 특성을 고려한 라우팅 방법을 사용한다.
여기서, 동일한 VFI 지역 내에서의 통신인 구역내(Intra) 라우팅은 로드 밸런싱 라우팅 기술인 LAXY 라우팅을 사용한다. 서로 다른 VFI 지역 간의 Inter 통신량을 고려하여, LAXY 라우팅 방식에 사용되는 컨피그레이션(Configuration)의 설정을 해당 VFI의 폭(M)과 VFI 영역의 높이(N)를 서로 다르게 적용하여 사용할 수 있다.
아울러, 다른 VFI 영역을 통과해야 하는 VFI 간 통신인 구역간(Inter) 라우팅은 전압 및 주파수 동기화에 필요한 mcFIFO 및 VLC의 에너지 소비 및 대기 시간을 고려하여 VFI 영역 변동을 최소화하는 것이 일반적이다.
그러나, 본 발명의 구역간(Inter) 라우팅에서는 트래픽이 특정 링크에 집중하는 것을 방지하기 위해 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘을 기반으로 한 aging-aware adaptive 라우팅을 사용할 수 있다.
보다 구체적으로, VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간(Inter) 라우팅은 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
VFI 영역 내의 로컬 구역내(Intar) VFI 통신과 달리 VFI 영역 상호간의 통신인 구역외(Inter) VFI 통신은 라우팅이 칩 차원에서 진행될 때, 상대적으로 더 많은 홉 (hop)의 개수를 요구할 수 있다.
따라서, VFI 간 통신은 칩 수명 및 에너지를 결정할 때, 더 높은 가중치를 갖는 구역내(Intar) VFI 통신과 비교하여 전체 칩에 더 많은 양의 부하가 적용될 수 있다.
따라서, 본 발명은, 칩 수명을 고려하여 구역외(Inter) VFI 통신인 인터 라우팅 기법을 먼저 적용한 후, 라우팅 결과에 따라 구역내(Intra) VFI 통신에서 LAXY 라우팅을 이용하되, 렉시(LAXY)의 컨피그레이션(Configuration)을 VFI의 폭(M)과 높이(N)에 따라 다르게 설정하는 방법을 제안한다.
도 2는 일반적인 구역외(Inter) VFI 통신과 본 발명의 일례에 따른 구역외(Inter) VFI 통신시 라우팅 경로를 비교 설명하기 위한 도이다.
도 2의 (a) 내지 (d)에서 실선 화살표는 일반적인 구역외(Inter) VFI 통신의 라우팅 경로를 표시한 것이고, 점선 화살표는 본 발명에 의해 제안되는 후보 라우팅 경로를 표시한 것이다.
구역외(Inter) VFI 통신은 한 VFI 구역 내의 국한되는 구역내(Intra) VFI 통신과 다르게, 칩 전체 영역으로 라우팅이 진행되므로 상대적으로 더 많은 홉 카운트를 필요로 한다.
따라서, 구역외(Inter) VFI 통신은 구역내(Intra) VFI 통신에 비해 칩 전체적으로 더 많은 양의 load를 가하게 되고 이는 칩 수명 및 에너지를 결정하는데 더 높은 비중을 가질 수 있다.
따라서, 본 발명은 칩 수명을 고려하여, VFI구역간의 접촉면에 따라 트래픽양을 가정하여, LAXY 라우팅의 컨피그레이션(Configuration) 설정을 달리하여 구역내(Intra) 라우팅을 수행하고, 이후, 트래픽 상황을 고려하여 구역외(Inter) routing 기법을 적용하는 방법을 제공한다.
일반적으로 서로 다른 VFI 영역을 거쳐 가야 하는 구역외(Inter) VFI 통신은, 전압 및 주파수 동기 화 logic을 거치며 추가적인 에너지를 소모하므로 VFI 영역변화를 줄이는 라우팅을 사용할 수 있다.
종래의 구역외(Inter) VFI 통신은 도 2의 (a)와 같이, 최소 홉의 개수를 갖는 모든 경로를 구한 후, 최소 VFI 영역을 가진 경로를 선택한다.
또한, 도 2의 (c)와 같이, 종래에는 T15에서 T9으로 라우팅을 할 경우, 같은 홉 카운트와 mcFIFO를 거치게 된다. 종래에는 하드웨어 cost 감소를 위해 여러 구역외(Inter) routing 경로들이 동일한 링크를 최대한 공유하는 방식을 적용한다.
그러나, 이와 같은 종래의 구역외(Inter) VFI 통신 방법은 도 2의 (c)의 T10과 T11 사이의 링크와 같이, 특정 링크 위주로 트래픽이 집중되기 때문에 칩의 수명을 크게 단축시킬 수 있다.
그러나, 본 발명에 일례에 따른 구역외(Inter) VFI 통신은 트래픽을 가능한 많이 분산시키기 위해, VFI 영역 경계에 놓여있는 링크들이 최대한 골고루 활용될 수 있도록 링크별로 라우팅시 감당 가능한 로드(load)의 양을 반영하기 위해, VFI 영역 경계에 위치한 링크(즉, T10과 T11 사이의 링크)의 트래픽 양을 저장하고 이 값을 고려할 수 있다.
일례로, 도 2의 (b)와 같이, 홉의 개수와 mcFIFO를 지나는 횟수가 같을 경우에도, 이미 사용된 동일한 VFI 구역간 링크(즉, T10과 T11 사이의 링크)를 공유하는 대신, 라우팅 경로 상의 VFI 영역의 경계에 위치한 링크의 트래픽 양과 라우팅 경로 상의 VFI 영역의 경계에 위치한 링크의 최대 대역폭을 고려하여, 라우팅 경로를 선택할 수 있다.
이를 위해, 본 발명은 도 3과 같은 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법의 일례를 설명하기 위한 플로우 차트이고, 도 4는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법에 대한 알고리즘의 구현한 일례이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법은 최단 경로 결정 단계(S11), 후보 라우팅 경로 생성 단계(S15) 및 최저 비용 라우팅 단계(S17)를 포함할 수 있다.
최단 경로 결정 단계(S11)는 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘을 수행하여, VFI 구역 간의 최단 라우팅 경로를 갖는 최단 경로를 결정하고, 최단 경로 상에서 VFI 구역의 경계에 위치한 제1 링크가 전송될 트래픽 양을 저장할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 최단 경로 결정 단계(S11)는 최단 경로를 얻기 위해 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘을 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘의 cost value에 홉의 개수뿐만 아니라 에너지 소비를 반영하여, 에너지 효율이 향상된 로드 밸런싱 라우팅을 구현할 수 있다.
보다 구체적으로, VFI 환경을 고려한 NoC에서의 통신에서 소비되는 에너지는 다음의 수학식 (1)과 같이 구할 수 있다.
Figure 112019015146427-pat00001
수학식 (1)에서,
Figure 112019015146427-pat00002
는 통신 과정에서 거쳐가는 라우터 및 링크의 커패시턴스를 나타내고,
Figure 112019015146427-pat00003
and
Figure 112019015146427-pat00004
각각 k 번째 VFI 영역의 동작 전압과 클럭 주파수를 나타낸다.
에너지는 전력과 시간의 곱으로 정의되기 때문에, 각 VFI 영역의 clock 주파수와 상관없이, 에너지는 동작 전압의 제곱에만 영향을 받는다.
따라서, VFI NoC 통신에서 소비되는 비트 당 에너지는 다음의 수학식 (2)와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112019015146427-pat00005
수학식 (2)에서,
Figure 112019015146427-pat00006
는 코어 i에서 코어 j로 전송되는 데이터의 비트 당 소모되는 에너지를 나타내고,
Figure 112019015146427-pat00007
,
Figure 112019015146427-pat00008
,
Figure 112019015146427-pat00009
각각은 기준 전압
Figure 112019015146427-pat00010
에서 측정되는 링크, 버퍼, 스위치에 의해 소모되는 에너지를 나타낸다.
결국, 수학식 (2)에 따르면, 데이터 비트당 소모되는 에너지(
Figure 112019015146427-pat00011
)는 기준 전압
Figure 112019015146427-pat00012
에서 측정되는 링크, 버퍼 및 스위치에 의해 소모되는 에너지의 총합으로 결정된다. 총 비트 에너지는 각 VFI 영역의 작동 전압에 따라 계산될 수 있다.
이에 따라, 최단 경로는 다음의 수학식 (3)에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112019015146427-pat00013
수학식 (3)에서, αH는 상수로, H는 총 홉의 개수를 나타내고 α는 에너지에 일정하게 비례하는 비례 상수를 의미한다.
Figure 112019015146427-pat00014
는 inter라우팅 에너지의 합을 의미하고,
Figure 112019015146427-pat00015
는 서로 다른 VFI 지역간 동기화를 위한 logic들에 의해 소모되는 에너지로, 추가적인 clock신호, VLC, mcFIFO에 의해 소모되는 에너지의 총량이다.
Figure 112019015146427-pat00016
는 intra의 라우팅 에너지의 합으로, 구체적으로,
Figure 112019015146427-pat00017
는 코어 i에서 코어 j까지의 경로간의 링크의 트래픽양이고,
Figure 112019015146427-pat00018
는 코어 i에서 코어 j 데이터 전송 시 1비트당 소모되는 에너지를 의미한다. 이 비트 에너지는 기준 전압인
Figure 112019015146427-pat00019
에서 측정된 것으로 가정하며, 각 VFI 지역의 동작 전압에 따라 수학식 (3)과 같이 보정될 수 있다.
이에 따라, 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘을 수행하여 결정되는 최단 경로는 intra 라우팅 에너지의 합과 inter 라우팅 에너지의 합이 최소인 경우 중에 선택될 수 있다.
이와 같이, 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘에 의해 하나의 최단 경로가 결정된 후, 최단 경로 상에서 VFI 구역의 경계에 있는 제1 링크는 전송할 트래픽의 양을 저장할 수 있다.
이후 결정되는 라우팅 경로에도 같은 동일한 제1 링크가 포함되는 경우, 이 값을 누적해, 아래의 수학식 (4)의 제약 조건(S12)을 고려하여 다른 경로를 선택할 수 있다.
만약, 동일한 제1 링크가 포함된 최단 경로가 연속적으로 결정되면, 트래픽 양은 누적될 수 있다.
이와 같이, 최단 경로 결정 단계가 수행된 이후, 최단 경로가 아래의 식(4)의 제한을 만족하지 못하면, 다른 복수의 후보 라우팅 경로가 생성하는 후보 라우팅 경로 생성 단계(S15)가 수행될 수 있다.
Figure 112019015146427-pat00020
수학식 (4)에서,
Figure 112019015146427-pat00021
는 라우팅 경로상에서 VFI 구역의 경계에 위치한 제1 링크(링크 L)의 트래픽 양을 나타내고,
Figure 112019015146427-pat00022
라우팅 경로상에서 VFI 구역의 경계에 위치한 제1 링크(링크 L)의 최대 대역폭을 나타낸다.
즉, 최단 경로 결정 단계 이후, 라우팅 경로상에서 VFI 구역의 경계에 위치한 제1 링크의 트래픽 양이 라우팅 경로상에 있는 제1 링크의 최대 대역폭 이하[즉,
Figure 112019015146427-pat00023
]이면 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘에 의해 결정된 최단 경로로 라우팅이 수행(S13)될 수 있다.
더불어, 최단 경로 결정 단계(S11) 이후, 제1 링크의 트래픽 양이 제1 링크의 최대 대역폭보다 크더라도(S12), 최단 경로의 시작점과 끝점이 직선[즉, 출발지와 도착지의 X좌표 또는 Y좌표가 같은 경우]이면, 추가적인 라우팅 후보군을 생성하지 않고, 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘에 의해 결정된 최단 경로를 라우팅(S14)할 수 있다.
그러나, 위의 수학식 (4)의 제약 조건[즉,
Figure 112019015146427-pat00024
]을 위반하여, 최단 경로 상에서 제1 링크의 트래픽 양이 제1 링크의 최대 대역폭보다 크게 되고[즉,
Figure 112019015146427-pat00025
이고], 최단 경로가 직선이 아닌 경우, 도 3과 같이, 최단 경로와 다른 복수의 후보 라우팅 경로를 생성하는 후보 라우팅 경로 생성 단계(S15)가 수행될 수 있다.
후보 라우팅 경로 생성 단계(S15)에서 생성되는 복수의 후보 라우팅 경로는 최단 경로에 대해 비용(cost)에 대한 가중치를 각각 다르게 부여하고 다익스트라 알고리즘을 수행하여 생성될 수 있다.
여기서, 비용(cost)은 복수 후보 라우팅 경로 각각의 경로에 대한 홉 카운트의 개수와 소비되는 에너지의 곱으로 정의될 수 있다.
이와 같은 후보 라우팅 경로 생성 단계(S15)에서 생성되는 복수의 후보 라우팅 경로의 개수는 일례로 4개일 수 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니고, 4개보다 많거나 작을 수 있다.
후보 라우팅 경로 생성 단계(S15) 이후, 최저 비용 라우팅 단계(S17)가 수행될 수 있다.
즉, 후보 라우팅 경로 생성 단계(S15)에서 생성된 모든 복수의 후보 라우팅 경로 각각에서, 각 복수의 후보 라우팅 경로 상에서 VFI의 경계에 위치한 제2 링크의 트래픽 양이 제2 링크의 최대 대역폭 이하[즉,
Figure 112019015146427-pat00026
]인 경우(S16), 최저 비용 라우팅 단계(S17)에서는 복수의 후보 라우팅 경로 중 복수의 후보 라우팅 경로 각각에 대한 비용(cost)이 가장 작은 어느 하나의 후보 라우팅 경로를 라우팅할 수 있다.
그러나, 후보 라우팅 경로 생성 단계(S15)에서 생성된 모든 복수의 후보 라우팅 경로 각각에서, 제2 링크의 트래픽 양이 제2 링크의 최대 대역보다 크고(S16), 복수의 후보 라우팅 경로 각각에 대한 비용(cost)이 서로 동일(S18)한 경우, 복수의 후보 라우팅 경로 중 구역간 링크가 서로 공유되지 않는 후보 라우팅 경로를 라우팅(S19)할 수 있다.
더불어, 후보 라우팅 경로 생성 단계(S15)에서 생성된 모든 복수의 후보 라우팅 경로 각각의 제2 링크의 트래픽 양이 제2 링크의 최대 대역보다 크고(S16), 복수의 후보 라우팅 경로 각각의 비용이 서로 다른 경우(S18), 복수의 후보 라우팅 경로 중 누적 트래픽 양이 가장 작은 후보 라우팅 경로를 선택하여 라우팅할 수 있다.
보다 구체적으로, 복수의 후보 라우팅 경로 중 비용이 가장 작은 후보 라우팅 경로가 복수 개이거나, 비용이 가장 작은 후보 라우팅 경로와 비용이 차순위로 낮은 후보 라우팅 경로 사이에서 비용이 미리 설정된 범위 이내로 작은 경우(S110), 비용이 가장 작은 후보 라우팅 경로와 비용이 차순위로 낮은 후보 라우팅 경로 중 링크의 지나간 횟수가 가장 작은 경로를 라우팅(S112)할 수 있다.
그러나, 복수의 후보 라우팅 경로 중 비용이 가장 작은 후보 라우팅 경로와 비용이 차순위로 낮은 후보 라우팅 경로 사이에서 비용이 미리 설정된 범위를 넘어서는 경우(S110), 최단 경로를 라우팅(S13)할 수 있다.
이에 따라, 일례로, 4개의 후보 라우팅 경로에서 비용(cost)에 의존하여, 최저 비용(cost)을 갖는 2개의 라우팅 경로를 선택하고, 제2 링크를 통하는 라우팅의 개수가 가장 작은 라우팅 경로를 선택할 수 있다.
또한, 제약 조건[즉,
Figure 112019015146427-pat00027
]을 위반하면서 비용(cost)가 동일하면 링크 간 경로를 공유하지 않는 경로가 선택될 수 있다. 4개의 모든 제2 링크가 제약 조건[즉,
Figure 112019015146427-pat00028
]을 위반하면 가장 적은 누적 트래픽 양을 갖는 경로를 설정할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일례에 따른 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법에 대한 알고리즘은 일례로 도 4와 같이 구현될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일례에 따른 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법은 트래픽을 분산하고, 패킷 간의 병목 현상을 최소화할 수 있다.
따라서, 본 발명은 에너지 효율적으로 운용하는 동시에 신뢰성을 향상시킬 수 있고, VFI 네트워크 온 칩에 대한 수명을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역내 라우팅 방법에 대해 설명한다.
구역간 라우팅(Inter routing)과 달리, 구역내 라우팅(Intra routing)은 mcFIFO를 거치지 않고, VFI 체계가 없는 일반적인 네트워크 온 칩(NoC) 구조와 동일하며, 이 영역 내에서 통신할 수 있다.
일반적으로 네트워크 온 칩(NoC) 구조에서는 XY 라우팅이 주로 사용될 수있다. XY 라우팅은 네트워크 온 칩(NoC) 디자인에서 사용되는 일반적인 라우팅 기술이다. 이와 같은 XY 라우팅을 위해, 패킷은 먼저 X 축을 따라 라우팅되고 대상 타일의 열에 도착한 다음 Y 축으로 라우팅하여 대상 타일에 도달할 수 있다.
이와 같은 XY 라우팅의 장점은 간단한 구현 복잡성으로 탁월한 성능을 나타내는 NoC 라우팅 기술이다.
그러나 XY 라우팅은 우수한 성능을 나타내지만 트래픽이 한쪽에만 집중되는 문제점이 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 각각의 VFI 지역의 내에서의 라우팅은 LAXY 라우팅을 사용할 수 있다.
LAXY 라우팅은 네트워크 온 칩(NoC) 내에 위치한 각 VFI 영역을 분할하여, 라우터가 있는 위치에 따라 XY 라우팅 또는 YX 라우팅을 사용할 수 있다.
이와 같은 LAXY 라우팅은 오버 헤드가 없는 기본 XY routing 과 비교하여 트패픽을 분산시키는 효과가 있고, aging-aware fully adaptive routing 과 비교하여 latency 가 짧고 낮은 복잡성을 가질 수 있다.
본 발명은 이와 같은 LAXY 라우팅을 이용하되, 네트워크 온 칩(NoC) 내에 위치한 복수의 VFI 영역 각각에서, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration)을 다르게 설정하여 라우팅을 수행할 수 있다.
이에 대해, 도 5 및 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 5은 본 발명에 따른 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역내 라우팅 방법의 일례를 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 6은 VFI 영역의 폭(M)과 VFI 영역의 높이(N)가 동일한 경우, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration) 영역을 도시한 것이고, 도 7은 VFI 영역의 폭(M)이 VFI 영역의 높이(N)보다 큰 경우, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration) 영역을 도시한 것이고, 도 8은 VFI 영역의 폭(M)이 VFI 영역의 높이(N)보다 작은 경우, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration) 영역을 도시한 것이다.
도 9는 도 5에 도시된 본 발명에 따른 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역내 라우팅 방법에 대한 알고리즘의 구현한 일례이다.
본 발명에 따른 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역내 라우팅 방법은 도 5에 도시된 바와 같이, 설정 단계(S22)와 라우팅 단계(S24)를 포함할 수 있다.
설정 단계를 위해, 먼저 네트워크 온칩(NoC) 내에 위치한 각 VFI 영역의 폭을 M으로 설정하고, 각 VFI 영역의 높이를 N으로 설정(S21)할 수 있다.
설정 단계(S22)는 VFI 영역의 폭(M)과 VFI 영역의 높이(N)에 따라, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration)을 다르게 설정할 수 있다.
라우팅 단계(S24)에서는 VFI 네트워크 온 칩에서 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션으로 설정된 구역 내에서는 YX 라우팅을 수행하고, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration)으로 설정된 구역 밖에서는 XY 라우팅을 수행할 수 있다.
설정 단계(S22)에 대해, 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
설정 단계(S22)에서, VFI 영역의 폭(M)과 VFI 영역의 높이(N)가 동일하면, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration)을 (N-2, N-4, N-6, N-8)으로 설정할 수 있다.
이와 같은 설정 단계(S22) 이후, VFI 네트워크 온 칩에서 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션으로 설정된 구역 밖의 영역을 영역 X로 할당하고, 렉시(LAXY)의 컨피그레이션으로 설정된 구역 내의 영역을 영역 Y로 할당(S23)할 수 있다.
일례로, 도 6에 도시된 바와 같이, 해당 VFI 영역의 폭(M)=10, 높이(N)=10인 경우, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration)은 (8, 6, 4, 2)로 설정될 수 있고, 해당 VFI 영역에서 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration)으로 설정된 (8, 6, 4, 2) 구역 내의 영역은 영역 Y(region Y)로 할당될 수 있고, (8, 6, 4, 2) 구역 밖의 영역을 영역 X(region X)로 할당될 수 있다.
설정 단계(S22)에서, VFI 영역의 폭(M)이 VFI 영역의 높이(N)보다 크면, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션을 (N-2, N-4, 0, 0)으로 설정할 수 있다.
이는, 구역간(inter) VFI 통신 영역 내에서, Y 방향보다 X 방향으로 경로가 더 많을수록 통신량이 더 많을 것으로 기대하기 때문이다.
일례로, 도 10에 도시된 바와 같이, 해당 VFI 영역의 폭(M)=10, 높이(N)=9인 경우, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration)은 (7, 5, 0, 0)로 설정될 수 있고, 해당 VFI 영역에서 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration)으로 설정된 (7, 5, 0, 0) 구역 내의 영역은 영역 Y(region Y)로 할당될 수 있고, (7, 5, 0, 0) 구역 밖의 영역을 영역 X(region X)로 할당될 수 있다.
또한, 설정 단계(S22)에서, VFI 영역의 폭(M)이 VFI 영역의 높이(N)보다 작으면, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션을 (N-4, N-6, 0, 0)로 설정할 수 있다.
이는, 구역간(inter) VFI 통신 영역 내에서, X 방향보다 Y 방향으로 경로가 더 많을수록 통신량이 더 많을 것으로 기대하기 때문이다.
일례로, 도 11에 도시된 바와 같이, 해당 VFI 영역의 폭(M)=9, 높이(N)=10인 경우, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration)은 (6, 4, 0, 0)로 설정될 수 있고, 해당 VFI 영역에서 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration)으로 설정된 (6, 4, 0, 0) 구역 내의 영역은 영역 Y(region Y)로 할당될 수 있고, (6, 4, 0, 0) 구역 밖의 영역을 영역 X(region X)로 할당될 수 있다.
이후, 라우팅 단계(S24)에서, 라우터가 영역 X에 위치하는 경우, XY 라우팅을 수행하고, 라우터가 영역 Y에 위치하는 경우, YX 라우팅을 수행할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 VFI 영역의 폭(M)과 VFI 영역의 높이(N)에 따라, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration)을 다르게 설정하여, VFI 영역의 폭(M)과 VFI 영역의 높이(N)에 따라, 다른 경로로 라우팅을 수행할 수 있다.
따라서, 본 발명은 VFI 영역의 높이와 폭에 따른 통신량을 예측하고, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration)을 다르게 하여, 라우팅을 수행할 수 있다.
이에 따라, 전체 칩의 load balancing에 따라 구역내(intra) 라우팅을 수행할 수 있다.
칩의 집적도가 증가함에 따라, 트랜지스터의 lifetime을 소진시키는 TDDB 및 NBTI와 같은 물리적 현상에 대한 영향이 증가할 수 있다.
네트워크 온 칩(NoC)에서, 전술한 현상은 많은 양의 트래픽을 전송하는 링크에서 두드러질 수 있다. 특히, 멀티 코어와 멀티 코어 기술이 집적된 코어의 개수가 증가함에 따라, 칩의 수명을 늘리는 중요성이 커지고 있다.
TDDB는 게이트 산화막 두께의 감소로 인해 더 큰 영향을 미치며, 산화막의 파괴는 온도에 비례할 수 있다. NBTI는 높은 동작 전압 또는 열이 특정 영역에 적용될 때 트랜지스터의 특성을 변경할 수 있다.
통신량이 특정 링크에 집중되어 있으면 해당 링크는 다른 링크보다 더 많은 열에 노출될 수 있다. 이는 칩 고장률을 증가시키고 칩의 전반적인 수명과 신뢰성을 감소시킨다. 수명 예측을 위해 마이크로 아키텍처 및 시스템 설계 단계에서 칩 수명 저하 원인에 대한 수학적 모델링 및 시뮬레이션이 수행된다.
도 10은 본 발명에 따른 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 및 구역내 라우팅의 MTTF 결과를 구역간 VFI 인식 라우팅(Inter VFI-aware Routing) 및 구역내 XY 라우팅의 MTTF 결과와 비교한 그래프이다.
신뢰성 인식 마이크로 프로세서(reliability aware microprocessor)는 대표적인 수명 분석 방법이다. 수명을 측정하는데 있어, MTTF 모델을 사용할 수 있다.
본 발명에서는 TDDB와 NBTI 효과를 sum-of-failure-rate model과 결합하여 수명의 향상을 분석하였다. 다음 방정식은 TDDB와 NBTI의 MTTF이다.
TDDB(Time dependent dielectric breakdown)는 일정한 전계에 의해 발생한다. 전압이 트랜지스터의 게이트에 인가되면, 터널링 전류는 산화막에 도전 경로를 형성한다. 이 경로는 시간이 지남에 따라 계속 확장되고 결국 게이트 산화물 파괴를 유발한다. NoC의 과도한 트래픽으로 인한 발열로 인해 TDDB가 훨씬 더 빠르게 발생한다.
TDDB 의 MTTF 모델은 다음의 수학식 (5)으로 표현될 수 있다.
Figure 112019015146427-pat00029
여기서, a=78, b=-0.081, X=0.759eV, Y=-66.8eVK, Z =-8.37e^(-4) eV/K, k는 볼츠만(Boltzmann) 상수이고, T는 회로의 구동 온도를 나타낸다.
NBTI(Negative bias temperature instability)는 PMOS 트랜지스터의 특성을 변화시키는 물리적 현상이다. PMOS 게이트에 음의 바이어스가 인가되면, 임계 전압은 증가하고 완전히 회복될 수 없다.
따라서, 트랜지스터의 트랜스 컨덕턴스 및 전류는 시간이 지남에 따라 점차적으로 감소한다. 또한, 고온은 NBTI를 기하 급수적으로 가속시킬 수 있다.
NBTI의 MTTF 모델은 다음의 수학식 (6)으로 표현될 수 있다.
Figure 112019015146427-pat00030
여기서, A, B, C, D, and
Figure 112019015146427-pat00031
는 모델 필터링 파라미터로서, A=1.6328, B=0.07377, C=0.01, D=-0.06852이고, β=0.3이다.
VFI 네트워크 온 칩(NoC)에서의 에너지 오버 헤드(Energy Overhead)에 대해 분석하면, VFI NoC에서 통신에서 소비되는 총 에너지 양은 수학식 (7)과 같다.
수학식 (7)은 구역간(inter) 통신 에너지와 구역내(intra) 통신 에너지의 합을 의미한다.
Figure 112019015146427-pat00032
Figure 112019015146427-pat00033
Figure 112019015146427-pat00034
수학식 (8)에서,
Figure 112019015146427-pat00035
는 다른 VFI 영역들 사이에 삽입 된 mcFIFO에 의한 에너지 소비량를 나타내며, 연결된 라우터에 의해 소비되는 에너지의 20 %를 소비한다고 가정한다.
Figure 112019015146427-pat00036
and
Figure 112019015146427-pat00037
는 각 링크 및 라우터에서 소비되는 에너지를 나타내고,
Figure 112019015146427-pat00038
는 inter-VFI 통신에서 경로로 제공되는 구역간 링크(inter-link)의 개수를 나타낸다.
수학식 (9)에서,
Figure 112019015146427-pat00039
는 구역간(inter) VFI 통신에서 경로로 제공되는 링크의 개수를 나타내고, T와 Z는 구역간(inter) VFI 통신과 구역내(intra) VFI 통신 각각의 개수를 의미한다.
실험 결과, VFI NoC 특성을 고려하는 최적 경로 및 우회 경로에서, 전체 트래픽 양과 에너지 소모량을 측정하기 위해, 알고리즘을 증명하고, Orion 2.0을 사용하여 소비되는 에너지를 모델링하기 위해 NoXIM이 사용되었다.
MTTF를 계산하기 위해, Hotspot 5.0 시뮬레이터에서 NoC의 트래픽 온도는 NoXIM 트래픽 양과 Orion을 통한 에너지 값을 사용하여 표시했다.
실험은 100 개의 랜덤 트래픽에 대해 수행되었으며 각 라우팅 알고리즘의 공정한 성능 평가를 위해 동일한 VFI NoC 환경이 구축되었다.
그 후, 10 Х 10, 14 Х 14, 17 Х 17, 20 Х 20, 24 Х 24 메쉬 토폴로지가 사용되었다. 각 VFI 영역에 최적 전압 주파수를 적용하기 위해 각 영역의 전압 / 주파수를 (0.6V, 0.78GHz), (0.7V, 1.27GHz), (0.8V, 1.81GHz), (0.9V, 2.42 GHz)으로 분할하였다.
본 발명의 방법에 따른 MTTF는 도 10과 같으며, 코어 수가 증가함에 따라, VFI-aware routing과 XY routing VFI을 결합한 방법과 비교하여, 본 발명의 라우팅의 수명이 평균 31.78 % 증가하였다.
도 11은 본 발명에 따른 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 및 구역내 라우팅에 의해 소비되는 에너지를 구역간 VFI 인식 라우팅(Inter VFI-aware Routing) 및 구역내 XY 라우팅에 의해 소비되는 에너지와 비교한 그래프이다.
도 11에 도시 된 바와 같이, 에너지 오버 헤드(energy overhead)는 메쉬 토플러지(mesh topology)의 크기가 증가함에 따라 감소하였다. 시뮬레이터를 사용하여 평균 100 회 실행 한 실험 결과는 에너지 오버 헤드가 4.45 %임을 나타내었다.
결과적으로, 트랜지스터의 미세화로 인하여, 높은 고장률이 칩 수명을 소모하고, 신뢰성이 중요한 문제가 되었다. 본 발명이 제안한 구역내(intra) 라우팅 및 구역간(inter) 라우팅 방법은 칩의 수명을 향상시키고, 구역간(inter) VFI 통신과 구역내(intra) VFI 통신에 대해 다른 라우팅 방법을 사용하였다.
본 발명의 라우팅 방법은 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘과 대역폭 제약을 사용하는 트래픽 분배에 중점을 두었다.
또한, 구역내(intra) VFI 통신에 대해, LAXY 알고리즘에서 다른 피쉬테일(fishtail) 컨피그레이션(configuration)이 적용되었다.
이에 따라, 본 발명은 VFI NoC에서 에너지 오버 헤드(energy overhead)를 최소화하여, 칩의 수명(lifetime)을 늘릴 수 있다.
또한, 본 발명은 수명(lifetime)과 에너지의 측면에서, 매쉬의 크기가 클 수록 성능을 보다 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (15)

  1. VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법에 있어서,
    다익스트라(Dijkstra) 알고리즘을 수행하여, VFI 구역 간의 최단 라우팅 경로를 갖는 최단 경로를 결정하고, 상기 최단 경로 상에서 상기 VFI 구역의 경계에 위치한 제1 링크가 전송할 트래픽 양을 저장하는 최단 경로 결정 단계;
    상기 최단 경로 상에서 상기 제1 링크의 트래픽 양이 상기 제1 링크의 최대 대역폭보다 큰 경우, 상기 최단 경로와 다른 복수의 후보 라우팅 경로를 생성하는 후보 라우팅 경로 생성 단계; 및
    상기 복수의 후보 라우팅 경로 각각에서, 상기 VFI의 경계에 위치한 제2 링크의 트래픽 양이 상기 제2 링크의 최대 대역폭 이하인 경우, 상기 복수의 후보 라우팅 경로 중 상기 복수의 후보 라우팅 경로 각각에 대한 비용(cost)이 가장 작은 어느 하나의 후보 라우팅 경로를 라우팅하는 최저 비용 라우팅 단계;를 포함하고,
    상기 비용은 상기 복수 후보 라우팅 경로 각각의 경로에 대한 홉 카운트의 개수와 소비되는 에너지의 곱으로 정의되는 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 최단 경로 결정 단계 이후, 상기 제1 링크의 트래픽 양이 상기 제1 링크의 최대 대역폭 이하인 경우, 상기 최단 경로를 라우팅하는 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 최단 경로 결정 단계 이후, 상기 제1 링크의 트래픽 양이 상기 제1 링크의 최대 대역폭보다 크고, 상기 최단 경로의 시작점과 끝점이 직선이면, 상기 최단 경로를 라우팅하는 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 후보 라우팅 경로 생성 단계에서,
    상기 복수의 후보 라우팅 경로는 상기 비용에 대한 가중치를 각각 다르게 부여하고 상기 다익스트라 알고리즘을 수행하여 생성하는 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 후보 라우팅 경로 생성 단계에서 생성된 상기 모든 복수의 후보 라우팅 경로 각각에서, 상기 제2 링크의 트래픽 양이 상기 제2 링크의 최대 대역보다 크고, 상기 복수의 후보 라우팅 경로 각각에 대한 상기 비용이 서로 동일한 경우, 상기 복수의 후보 라우팅 경로 중 구역간 링크가 서로 공유되지 않는 후보 라우팅 경로를 라우팅하는 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 후보 라우팅 경로 생성 단계에서 생성된 상기 모든 복수의 후보 라우팅 경로 각각의 상기 제2 링크의 트래픽 양이 상기 제2 링크의 최대 대역보다 크고, 상기 복수의 후보 라우팅 경로 각각의 상기 비용이 서로 다른 경우, 상기 복수의 후보 라우팅 경로 중 상기 누적 트래픽 양이 가장 작은 후보 라우팅 경로를 선택하여 라우팅하는 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 후보 라우팅 경로 중 상기 비용이 가장 작은 후보 라우팅 경로가 복수 개이거나, 상기 비용이 가장 작은 후보 라우팅 경로와 상기 비용이 차순위로 낮은 후보 라우팅 경로 사이에서 상기 비용이 미리 설정된 범위 이내로 작은 경우, 상기 비용이 가장 작은 후보 라우팅 경로와 상기 비용이 차순위로 낮은 후보 라우팅 경로 중 링크의 지나간 횟수가 가장 작은 경로를 라우팅하는 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 복수의 후보 라우팅 경로 중 상기 비용이 가장 작은 후보 라우팅 경로와 상기 비용이 차순위로 낮은 후보 라우팅 경로 사이에서 상기 비용이 미리 설정된 범위를 넘어서는 경우, 상기 최단 경로를 라우팅하는 VFI 네트워크 온칩에 대한 구역간 라우팅 방법.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 하나의 항에 기재된 VFI 네트워크 온칩을 위한 구역간 라우팅 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체.
  10. VFI 네트워크 온칩에 대한 구역내 라우팅 방법에 있어서,
    VFI 영역의 폭(M)과 상기 VFI 영역의 높이(N)에 따라, 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration)을 다르게 설정하는 설정 단계; 및
    상기 VFI 네트워크 온 칩에서 상기 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션으로 설정된 구역 내에서는 YX 라우팅을 수행하고, 상기 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration)으로 설정된 구역 밖에서는 XY 라우팅을 수행하는 라우팅 단계;를 포함하는 VFI 네트워크 온칩을 위한 구역내 라우팅 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 설정 단계에서,
    상기 VFI 영역의 폭(M)과 상기 VFI 영역의 높이(N)가 동일하면, 상기 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션(Configuration)을 (N-2, N-4, N-6, N-8)으로 설정하고,
    상기 VFI 영역의 폭(M)이 상기 VFI 영역의 높이(N)보다 크면, 상기 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션을 (N-2, N-4, 0, 0)으로 설정하고,
    상기 VFI 영역의 폭(M)이 상기 VFI 영역의 높이(N)보다 작으면, 상기 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션을 (N-4, N-6, 0, 0)로 설정하는 VFI 네트워크 온칩을 위한 구역내 라우팅 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 VFI 네트워크 온 칩에서 상기 렉시(LAXY)의 피쉬 테일(fishtail) 컨피그레이션으로 설정된 구역 밖의 영역을 영역 X로 할당하고, 상기 렉시(LAXY)의 컨피그레이션으로 설정된 구역 내의 영역을 영역 Y로 할당하고,
    라우터가 영역 X에 위치하는 경우, 상기 XY 라우팅을 수행하고,
    상기 라우터가 영역 Y에 위치하는 경우, 상기 YX 라우팅을 수행하는 VFI 네트워크 온칩을 위한 구역내 라우팅 방법.
  13. 제10 항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 기재된 VFI 네트워크 온칩을 위한 구역내 라우팅 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체.
  14. 제10 항의 VFI 네트워크 온칩을 위한 구역내 라우팅 방법을 이용하여 동일한 VFI 영역 내에서의 라우팅을 수행하고,
    제1 항의 VFI 네트워크 온칩을 위한 구역간 라우팅 방법을 이용하여 서로 다른 VFI 영역 간에 라우팅을 수행하는 VFI 네트워크 온칩을 위한 구역내 및 구역간 라우팅 방법.
  15. 제14항에 기재된 VFI 네트워크 온칩을 위한 구역내 및 구역간 라우팅 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체.
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