شبكة على شريحة

الموسوعة الحرة

الشبكة على شريحة ( NoC) هي نظام فرعي للاتصالات قائم على الشبكة، مُدمج في دائرة متكاملة ( شريحة ) ، ويُستخدم عادةً بين وحدات نظام على شريحة ( SoC ) . تتكون هذه الوحدات عادةً من نوى الملكية الفكرية لأشباه الموصلات ، والتي تُجسد وظائف مختلفة لنظام الحاسوب ، وهي مصممة لتكون معيارية وفقًا لمبادئ علم الشبكات . تُعد الشبكة على الشريحة شبكة تبديل حزم بيانات قائمة على الموجهات ، تربط بين وحدات نظام على شريحة .

تُطبق تقنية NoC نظرية وأساليب شبكات الكمبيوتر على الاتصالات داخل الشريحة، وتُحقق تحسينات ملحوظة على بنى الاتصالات التقليدية القائمة على ناقل البيانات والوصلات المتقاطعة .

في العقد الأول من الألفية الثانية، بدأ الباحثون باقتراح نوع من الربط البيني على الشريحة على شكل شبكات تبديل الحزم [ 1 ] لمعالجة مشكلات قابلية التوسع في التصميمات القائمة على ناقل البيانات. وقد اقترحت أبحاث سابقة تصميمًا يوجه حزم البيانات بدلًا من توجيه الأسلاك [ 2 ] . ثم طُرح مفهوم "الشبكات على الشريحة" في عام 2002 [ 3 ]. تُحسّن هذه الشبكات قابلية التوسع لأنظمة الشريحة وكفاءة استهلاك الطاقة لأنظمة الشريحة المعقدة مقارنةً بتصاميم أنظمة الاتصالات الفرعية الأخرى. وهي تقنية ناشئة ، يُتوقع لها نمو كبير في المستقبل القريب مع ازدياد شيوع معمارية الحواسيب متعددة النوى .

بناء

يمكن لشبكات النظام على الشريحة (NoCs) أن تمتد عبر نطاقات تردد متزامنة وغير متزامنة، وهو ما يُعرف بتقاطع نطاقات التردد ، أو استخدام منطق غير متزامن غير مرتبط بتردد الساعة . تدعم شبكات النظام على الشريحة (NoCs) بنى إلكترونية غير متزامنة عالميًا ومتزامنة محليًا ، مما يسمح لكل نواة معالج أو وحدة وظيفية على نظام على شريحة بامتلاك نطاق تردد خاص بها . [ 4 ]

الهندسة المعمارية

تقوم بنى NoC عادةً بنمذجة الشبكات الصغيرة المتفرقة (SWNs) والشبكات الخالية من المقاييس (SFNs) للحد من عدد وطول ومساحة واستهلاك الطاقة لأسلاك الربط البيني والوصلات من نقطة إلى نقطة .

الطوبولوجيا

تحدد بنية الشبكة التخطيط المادي والوصلات بين العقد والقنوات. تنتقل الرسالة عبر عدة قفزات، ويعتمد طول قناة كل قفزة على بنية الشبكة. تؤثر بنية الشبكة بشكل كبير على كل من زمن الاستجابة واستهلاك الطاقة. علاوة على ذلك، ولأن بنية الشبكة تحدد عدد المسارات البديلة بين العقد، فإنها تؤثر على توزيع حركة مرور الشبكة، وبالتالي على عرض النطاق الترددي للشبكة وأدائها. [ 5 ]

فوائد

تقليديًا، تُصمَّم الدوائر المتكاملة بوصلات مباشرة مخصصة ، حيث يُخصَّص سلك واحد لكل إشارة. ينتج عن ذلك بنية شبكية كثيفة . بالنسبة للتصاميم الكبيرة تحديدًا، يُعاني هذا التصميم من عدة قيود من وجهة نظر التصميم الفيزيائي . فهو يتطلب طاقة تتناسب طرديًا مع مربع عدد الوصلات. تشغل الأسلاك مساحة كبيرة من الشريحة ، وفي تقنية CMOS النانومترية ، تُهيمن الوصلات على كلٍّ من الأداء وتبديد الطاقة الديناميكي ، حيث يتطلب انتشار الإشارة في الأسلاك عبر الشريحة دورات ساعة متعددة . كما يسمح هذا بتراكم المزيد من السعة والمقاومة والحث الطفيلي على الدائرة. (راجع قاعدة رينت لمناقشة متطلبات التوصيل للوصلات المباشرة).

يؤدي التباعد والترابط المحلي في النظام الفرعي للاتصالات إلى العديد من التحسينات مقارنة بالأنظمة التقليدية القائمة على ناقل البيانات والأنظمة القائمة على مصفوفة التقاطع .

التوازي وقابلية التوسع

تتشارك العديد من الإشارات في الأسلاك الموجودة في وصلات الشبكة على الشريحة . ويتحقق مستوى عالٍ من التوازي ، لأن جميع وصلات البيانات في الشبكة على الشريحة تعمل في وقت واحد على حزم بيانات مختلفة . لذلك، ومع استمرار تزايد تعقيد الأنظمة المتكاملة ، توفر الشبكة على الشريحة أداءً محسّنًا (مثل معدل نقل البيانات ) وقابلية توسع أكبر مقارنةً ببنى الاتصالات السابقة (مثل أسلاك الإشارة المخصصة من نقطة إلى نقطة، أو الحافلات المشتركة ، أو الحافلات المجزأة المزودة بجسور ). يجب تصميم الخوارزميات بطريقة توفر توازيًا عاليًا ، وبالتالي يمكنها الاستفادة من إمكانيات الشبكة على الشريحة.

البحوث الحالية

WiNoC في شريحة ثلاثية الأبعاد

يرى بعض الباحثين أن شبكات الاتصال على الشريحة (NoCs) بحاجة إلى دعم جودة الخدمة (QoS)، أي تحقيق المتطلبات المختلفة من حيث الإنتاجية ، والتأخيرات الشاملة، والإنصاف ، [ 6 ] والمواعيد النهائية . تُعدّ الحوسبة الآنية، بما في ذلك تشغيل الصوت والفيديو، أحد أسباب توفير دعم جودة الخدمة. مع ذلك، فإن تطبيقات الأنظمة الحالية مثل VxWorks و RTLinux و QNX قادرة على تحقيق حوسبة آنية في أجزاء من الألف من الثانية دون الحاجة إلى أجهزة خاصة.

قد يشير هذا إلى أن جودة الخدمة في البنية التحتية الحالية للربط البيني على الشريحة كافية للعديد من التطبيقات التي تعمل في الوقت الفعلي ، وأن منطقًا مخصصًا للأجهزة سيكون ضروريًا لتحقيق دقة تصل إلى جزء من الميكروثانية، وهي دقة نادرًا ما يحتاجها المستخدمون النهائيون عمليًا (إذ لا يتطلب تذبذب الصوت أو الفيديو سوى ضمان زمن استجابة لا يتجاوز عُشر الميلي ثانية). ومن الدوافع الأخرى لجودة الخدمة على مستوى الشبكة على الشريحة (NoC) دعمُ عدة مستخدمين متزامنين يتشاركون موارد معالج متعدد الشرائح في بنية تحتية للحوسبة السحابية العامة . في مثل هذه الحالات، يُمكّن منطق جودة الخدمة للأجهزة مزود الخدمة من تقديم ضمانات تعاقدية بشأن مستوى الخدمة التي يتلقاها المستخدم، وهي ميزة قد يعتبرها بعض عملاء الشركات أو الجهات الحكومية مرغوبة.

لا تزال العديد من المشكلات البحثية المعقدة بحاجة إلى حل على جميع المستويات، بدءًا من مستوى الوصلة المادية مرورًا بمستوى الشبكة، وصولًا إلى بنية النظام وبرمجيات التطبيقات. عُقدت أول ندوة بحثية متخصصة حول الشبكات على رقاقة في جامعة برينستون في مايو 2007. [ 7 ] وعُقدت الندوة الدولية الثانية لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) حول الشبكات على رقاقة في أبريل 2008 في جامعة نيوكاسل .

أُجريت أبحاث على الموجهات الضوئية المتكاملة والأجهزة التي تتضمن شبكة ضوئية على شريحة (ONoC). [ 8 ] [ 9 ]

تتمثل إحدى الطرق الممكنة لزيادة أداء شبكة النظام على الشريحة (NoC) في استخدام قنوات اتصال لاسلكية بين الشرائح الصغيرة ، وهو ما يُعرف بشبكة النظام على الشريحة اللاسلكية (WiNoC). [ 10 ]

الفوائد الجانبية

في نظام متعدد النوى متصل عبر شبكة على شريحة (NoC)، يجب أن تمر رسائل التناسق وطلبات عدم وجود البيانات في ذاكرة التخزين المؤقت عبر المحولات. وبناءً على ذلك، يمكن تزويد المحولات بعناصر تتبع وتوجيه بسيطة لاكتشاف كتل ذاكرة التخزين المؤقت التي ستطلبها النوى في المستقبل. بعد ذلك، تقوم عناصر التوجيه ببث أي كتلة مطلوبة إلى جميع النوى التي قد تطلبها في المستقبل. تقلل هذه الآلية من معدل عدم وجود البيانات في ذاكرة التخزين المؤقت. [ 11 ]

المعايير

يتطلب تطوير ودراسة شبكات الاتصال على رقاقة (NoC) مقارنة المقترحات والخيارات المختلفة. ويجري حاليًا تطوير أنماط حركة مرور شبكات الاتصال على رقاقة (NoC) للمساعدة في هذه التقييمات. وتشمل معايير الأداء الحالية لشبكات الاتصال على رقاقة (NoC) معيار NoCBench وأنماط حركة مرور MCSL NoC. [ 12 ]

وحدة معالجة الربط البيني

وحدة معالجة الربط البيني (IPU) [ 13 ] هي شبكة اتصالات على الشريحة مع مكونات الأجهزة والبرامج التي تنفذ بشكل مشترك الوظائف الرئيسية لنماذج برمجة النظام على الشريحة المختلفة من خلال مجموعة من بدائيات الاتصال والمزامنة وتوفر خدمات النظام الأساسية منخفضة المستوى لتمكين الميزات المتقدمة في التطبيقات غير المتجانسة الحديثة على شريحة واحدة .

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ تستخدم هذه المقالة الاصطلاح الذي يُنطق به "NoC" على النحو التالي: / nɒk / nock . لذا ، فهي تستخدم الاصطلاح "a" لأداة التنكير المقابلة لـ NoC (" a NoC"). قد تنطقها مصادر أخرى على النحو التالي: / ˌɛnˌoʊˈsiː / en - oh- SEE ، وبالتالي تستخدم " an NoC".

مراجع

  1. ↑ غيرييه، ب.؛ غرينر، أ. (2000). "بنية عامة للوصلات البينية المُبدَّلة بالحزم على الشريحة". وقائع مؤتمر ومعرض التصميم والأتمتة والاختبار في أوروبا 2000 (رقم التصنيف PR00537) . باريس، فرنسا: جمعية IEEE للحاسوب. ص 250-256 . doi : 10.1109/DATE.2000.840047 . ISBN  978-0-7695-0537-4.
  2. ↑ وقائع مؤتمر أتمتة التصميم لعام ٢٠٠١ : المؤتمر الثامن والثلاثون لأتمتة التصميم: مركز مؤتمرات لاس فيغاس، لاس فيغاس، نيفادا، ١٨-٢٢ يونيو ٢٠٠١. جمعية آلات الحوسبة، مجموعة الاهتمام الخاصة بأتمتة التصميم التابعة لها. نيويورك، نيويورك: جمعية آلات الحوسبة. ٢٠٠١. ISBN  1-58113-297-2. OCLC 326240184 . {{cite book}}صيانة CS1: أخرى ( رابط )
  3. ↑ بينيني، ل.؛ دي ميشيلي، ج. (يناير 2002). "الشبكات على الرقاقات: نموذج جديد لنظام على رقاقة". مجلة الكمبيوتر . 35 (1): 70-78 . رمز Bibcode : 2002Compr..35a..70B . doi : 10.1109/2.976921 .
  4. ↑ كوندو، سانتانو؛ تشاتوبادياي، سانتانو (2014). الشبكة على رقاقة: الجيل التالي من تكامل النظام على رقاقة ( الطبعة الأولى). بوكا راتون، فلوريدا: مطبعة سي آر سي. ص 3. ISBN   978-1-4665-6527-2. OCLC 895661009 . 
  5. ↑ فريق العمل، EDN (2023-07-26). "شرح طوبولوجيات الربط البيني للشبكة على الشريحة (NoC)" . EDN . تم الاسترجاع في 2023-11-17 .
  6. ↑ "موازنة زمن استجابة الشبكة على الشريحة في تعيين التطبيقات المتعددة للمعالجات المتعددة على الشريحة". IPDPS . مايو 2014.
  7. ↑ تم أرشفة NoCS 2007 في 2008-09-01 على موقع Wayback Machine الإلكتروني.
  8. ↑ قائمة مراجع الشبكات على الرقاقة [ تمت إزالة الرابط ]
  9. ↑ "قائمة مراجع الشبكات الضوئية بين/داخل الرقاقة" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 23-09-2015 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 02-07-2015 .
  10. ↑ سليوسار في، سليوسار دي في. تصميم هرمي لمصفوفة هوائيات نانوية. // المؤتمر الدولي الثامن لنظرية وتقنيات الهوائيات (ICATT'11). - كييف، أوكرانيا. - الجامعة التقنية الوطنية الأوكرانية "معهد كييف للفنون التطبيقية". - 20-23 سبتمبر 2011. - الصفحات 140-142.أُرشف بتاريخ 17 يوليو 2019 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) .
  11. ↑ مرضية لنجاني؛ محمود رضا هاشمي (2014). "مخطط قائم على الشجرة لتقليل معدل فقدان البيانات في ذاكرة التخزين المؤقت المشتركة بالاستفادة من أوجه التشابه الإقليمية والإحصائية والزمنية" . مجلة IET للحاسبات والتقنيات الرقمية . 8 : 30-48 . doi : 10.1049/iet-cdt.2011.0066 . مؤرشف من الأصل في 9 ديسمبر 2018.
  12. ↑ "حركة مرور مركز عمليات الشبكة" . www.ece.ust.hk. مؤرشف من الأصل بتاريخ 25-12-2017 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 08-10-2018 .
  13. ↑ مارسيلو كوبولا، ميلتوس د. غراماتيكاكس، ريكاردو لوكاتيللي، جوزيبي ماروتشيا، لورينزو بييراليسي، "تصميم وحدات معالجة الربط البيني الفعالة من حيث التكلفة: سبايدرغون إس تي نوك"، مطبعة سي آر سي، 2008، رقم ISBN 978-1-4200-4471-3

مقتبس من مقال أفينوام كولودني المنشور في النشرة الإلكترونية لجمعية ACM SIGDA، والمؤرشف بتاريخ 10 يناير 2009 على موقع Wayback Machine. نُشر المقال في أرشيف Wayback Machine بتاريخ 1 مارس 2012. يمكن الاطلاع على النص الأصلي على الرابط التالي: http://www.sigda.org/newsletter/2006/060415.txt. نُشر المقال في أرشيف Wayback Machine بتاريخ 25 سبتمبر 2006 .

للمزيد من القراءة

  • كوندو، سانتانو؛ تشاتوبادياي، سانتانو (2014). الشبكة على رقاقة: الجيل التالي من تكامل النظام على رقاقة (  الطبعة الأولى). بوكا راتون، فلوريدا: مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-1-4665-6527-2. OCLC 895661009 . 
  • شينغ ما؛ ليبو هوانغ؛ مينغتشي لاي؛ وي شي؛ تشيينغ وانغ (2014). الشبكات على رقاقة: من التطبيقات إلى نماذج البرمجة (  الطبعة الأولى). أمستردام، هولندا: مورغان كوفمان. ISBN 978-0-12-801178-2. OCLC 894609116 . 
  • جورجيوس ديميتراكوبولوس؛ أناستاسيوس بساراس؛ يوانيس سيتانيديس (27 أغسطس 2014). البنية الدقيقة لأجهزة توجيه الشبكة على رقاقة: منظور المصمم (  الطبعة الأولى). نيويورك، نيويورك. ISBN 978-1-4614-4301-8. OCLC 890132032 . {{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  • ناتالي إنرايت جيرجر؛ توشار كريشنا؛ لي شيوان بيه (2017/06/19). الشبكات على الرقاقة (  الطبعة الثانية). سان رافائيل، كاليفورنيا. رقم ISBN 978-1-62705-996-1. OCLC 991871622 . {{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  • مرضية لنجاني؛ محمود رضا هاشمي (2014). "مخطط قائم على الشجرة لتقليل معدل فقدان البيانات في ذاكرة التخزين المؤقت المشتركة بالاستفادة من أوجه التشابه الإقليمية والإحصائية والزمنية" . مجلة IET للحاسبات والتقنيات الرقمية . 8 : 30-48 . doi : 10.1049/iet-cdt.2011.0066 . مؤرشف من الأصل في 9 ديسمبر 2018.