Abstract
Networks-on-chip (NoC) is emerging as a key technology to overcome severe bus traffics in ever-increasing complexity of the Multiprocessor systems-on-chip (MPSoC); however traditional electrical interconnection based NoC architecture would be faced with technical limits of bandwidth and power consumptions in the near future. In order to cope with these problems, a hybrid optical NoC architecture which use both electrical interconnects and optical interconnects together, has been widely investigated. In the hybrid optical NoCs, wormhole switching and simple deterministic X-Y routing are used for the electrical interconnections which is responsible for the setup of routing path and optical router to transmit optical data through optical interconnects. Optical NoC uses circuit switching method to send payload data by preset paths and routers. However, conventional hybrid optical NoC has a drawback that concurrent transmissions are not allowed. Therefore, performance improvement is limited. In this paper, we propose a new routing algorithm that uses circuit switching and adaptive algorithm for the electrical interconnections to transmit data using multiple paths simultaneously. We also propose an efficient method to prevent livelock problems. Experimental results show up to 60% throughput improvement compared to a hybrid optical NoC and 65% power reduction compared to an electrical NoC.
네트워크-온-칩(Networks-on-Chip, NoC)은 고도로 복잡해지고 있는 다중 프로세서 시스템-온-칩(Multi-Processor System-on-chip, MPSoC)에서의 버스 트래픽 문제를 해결할 핵심기술이나 전통적인 전기적 상호 연결 구조로는 머지않아 대역폭 및 전력소비 등의 한계에 직면할 것으로 예상된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 광학적 상호연결과 전기적 상호연결을 같이 사용하는 하이브리드 광학 NoC기술이 최근 활발히 연구되고 있다. 대부분의 하이브리드 광학 NoC에서 전기적인 연결은 웜홀 스위칭(Wormhole switching)과 deterministic 알고리즘인 X-Y 라우팅 알고리즘을 사용하며, 광학적 버스 기반 데이터 전송을 위한 경로 설정 및 광학 라우터 설정을 한다. 광학적 연결에서는 서킷 스위칭(Circuit switching) 방식을 사용하며, 미리 설정된 경로 및 라우터를 이용하여 payload 데이터만 전송을 하게 된다. 그러나 기존에 발표된 하이브리드 광학 NoC같은 경우에는 한 번에 하나의 경로에서만 데이터를 전송 할 수 있다는 단점을 가지고 있어 성능 향상에 한계가 있다. 본 논문에서는 하이브리드 광학 NoC에서 동시에 여러 경로를 이용하여 데이터를 전송하기 위해 전기적인 연결에서 서킷 스위칭 방식과 적응적(adaptive) 알고리즘을 이용하는 새로운 라우팅 알고리즘을 제안하며, 적응적 알고리즘의 문제점인 livelock을 제거할 수 있는 방법 또한 제안한다. 모의실험은 전기적인 NoC, 그리고 웜홀 스위칭 방식의 기존 하이브리드 광학 NoC와 비교 수행 하였다. 그 결과 제안된 방식은 기존 하이브리드 광학 NoC에 비해 60%의 throughput 증가, 그리고 전기적 NoC와 비교했을 때 65%의 전력 감소를 보였다.
