Modified quadrant-based routing algorithm for 3D Torus Network-on-Chip architecture

ABSTRACT

Due to high performance demands of the consumer electronics and processing systems, like servers, the number of cores is increasing on System-on-Chip (SoC). Networkon-Chip (NoC) is suitable approach for reducing the communication bottleneck of multicore System-on-Chip. With the integration of 3D IC technology, the 3D Network-on-Chip design enhances the execution rate and decreases power utilisation by replacing long flat interconnects with short vertical ones. New compact architectures are possible by arranging the cores in three-dimensions. Optimised routing algorithms can provide higher execution speed along with reduced energy consumption. In this paper an efficient routing algorithm for 3D Torus topology architecture is proposed. A modified quadrant-based routing algorithm for 3D torus NoC architecture is proposed which is primarily based on division of space into different quadrants and also adopting a path which encounters least hops to  connect to the destination node. The proposed algorithm is compared with other 3D routing algorithms like XYZ dimension order routing and the simulated results shows that the proposed algorithm has least latency.

INTRODUCTION

As the number of cores is increasing to meet the high performance requirement of the Multiprocessor System-on-Chip (SoC), the Network-on-Chip (NoC) offered a scalable and alternative method for communication in place of bus based system which had limitation of the bandwidth and more power consuming (Dally and Towles, 2004). However, as number of cores increases on the chip, three-dimensional (3D) Network-on-Chip provides an attractive option to reduce the long flat interconnect with the short vertical one with the advantage of high throughput, low latency and low power consumption. With the 3D integration many heterogeneous circuits can be stacked vertically and can be  connected by using through-silicon-vias (TSVs) (Cilardo and Fusella, 2016). TSVs provide the communication links between different layers. Because of very short and fine links they provide low delay, low power and high bandwidth communication channel. The cost of designing TSV is high and also very complex process with poor yields and defects. Instead of using TSV for all inter layer nodes, which causes significant area overhead and cost, a combination of 2D and 3D router with few TSV can be utilised (Chen et al., 2015).

چکیده

با توجه به خواسته های عملکرد بالا در سیستم های الکترونیکی و سیستم های پردازش، مانند سرورها، تعداد هسته ها بر روی System-on-Chip (SoC) افزایش می یابد. Networkon-Chip (NoC) رویکرد مناسب برای کاهش تداخل ارتباطات چند هسته ای سیستم در چیپ است. با ادغام تکنولوژی 3D IC، طراحی 3D Network-on-Chip موجب افزایش سرعت اجرای و کاهش مصرف برق با جایگزینی اتصالات طولانی مسطح با اتصالات عمودی کوتاه می شود. ساختارهای جمع و جور جدید با تنظیم هسته ها در سه بعد ممکن است. الگوریتم های مسیریابی بهینه شده می تواند سرعت اجرای بالاتر همراه با کاهش مصرف انرژی را فراهم کند. در این مقاله، یک الگوریتم مسیریابی کارایی برای معماری توپولوژی سه بعدی پیشنهاد شده است. الگوریتم مسیریابی مبتنی بر چهار بعدی برای معماری 3D Torus NoC پیشنهاد می شود که عمدتا براساس تقسیم فضایی به بخش های مختلف و نیز اتخاذ مسیری است که حداقل برای اتصال به گره مقصد مواجه می شود. الگوریتم پیشنهادی با دیگر الگوریتم های مسیریابی 3D مانند مسیر اشیا مرتبه بعد XYZ مقایسه می شود و نتایج شبیه سازی نشان می دهد که الگوریتم پیشنهادی دارای حداقل تاخیر است.

مقدمه

به عنوان تعدادی از هسته ها به منظور افزایش کارایی سیستم چند پردازنده سیستم تراشه (SoC) افزایش می یابد، Network-on-Chip (NoC) یک روش مقیاس پذیر و جایگزین برای ارتباطات به جای سیستم مبتنی بر اتوبوس ارائه داد که محدودیت پهنای باند و مصرف بیشتر انرژی (Dally and Towles، 2004). با این حال، به عنوان تعداد هسته ها در تراشه افزایش می یابد، سه بعدی (Network-on-Chip) یک گزینه جذاب برای کاهش اتصالات طولانی مسطح با یک عمودی کوتاه با بهره وری بالا، زمان تاخیر کم و مصرف کم انرژی . با ادغام سه بعدی، بسیاری از مدارهای ناهمگن می توانند به طور عمودی انباشته شوند و می توانند با استفاده از طریق سیلیکون ویس (TSV) (Cilardo and Fusella، 2016) متصل شوند. TSV ها ارتباطات ارتباطی بین لایه های مختلف را فراهم می کنند. از آنجا که لینک های بسیار کوتاه و خوب هستند، آنها تاخیر کم، کانال ارتباطی کم پهنای باند و قدرت کم را ارائه می دهند. هزینه طراحی TSV فرآیند بالا و همچنین بسیار پیچیده با ضعف و ضعف است. به جای استفاده از TSV برای تمام گره های بین لایه، که باعث ایجاد سربار و هزینه های قابل توجهی می شود، ترکیبی از روتر دو بعدی و سه بعدی با چند TSV می تواند مورد استفاده قرار گیرد (Chen et al.، 2015).

Year: 2016

Publisher : ELSEVIER

By : Abdul Quaiyum Ansari  , Mohammad Rashid Ansari  ,Mohammad Ayoub Khan

File Information: English Language/ 4 Page / size: 847 KB

Download

سال : 1396

ناشر : ELSEVIER

کاری از : عبدالکریم انصاری، محمد رشید انصاری، محمد ایوب خان

اطلاعات فایل : زبان انگلیسی / 4 صفحه / حجم : KB 847

لینک دانلود