طبق پیشبینی هاي انجام شده با پیشرفت روافزون تکنولوژي ساخت مدارات مجتمع، تعداد هسته هاي پردازشی در چند پردازنده هاي روي تراشه به 1000 هسته در سال 2020 و تعداد اجزاي پردازشی و ذخیره سازي در سیستم هاي روي تراشه نیز به 300 واحد در سال 2015 خواهد رسید. از سوي دیگر، قابلیت ها و پیچیدگی برنامه هاي کاربردي به سرعت در حال افزایش است. به همین دلیل شاهد افزایش حجم و پیچیدگی الگوهاي ارتباطی درون تراشه هستیم. عدم مقیاس پذیري و محدودیت پهناي باند گذرگاههاي سنتی و نیز سربار مساحت و زمان طراحی بسیار زیاد اتصالات اختصاصی نقطه به نقطه سبب به کار گیري مفهومی به نام شبکه هاي روي تراشه شده است. این مفهوم در سال 1999 مطرح شد [[i]].

در ساختار شبکه روي تراشه باید چند مورد را مورد توجه قرار داد. تاخیر پیام و بروندهی از عواملی هستند که روي کارایی شبکه تاثیر گذارند. علاوه بر آن توان مصرفی هم از اهمیت زیادي برخوردار است. در سالهاي اخیر با توجه به محدودیتهاي موجود در بحث توان مصرفی ،پژوهش هاي زیادي در این مورد انجام گرفته است. از عوامل موثر در توان مصرفی طول متوسط مسیر بسته ها (برحسب تعداد گام) و تاخیر و توان مصرفی در هر گام مسیر می باشد.

با بررسی روشهاي موجود براي بهینهسازي شبکههاي روي تراشه، از یک دیدگاه میتوان این روشها را به دو دستهي کلی خاص منظوره و همه منظوره تقسیم کرد. در حالت خاص منظوره بهینهسازي شبکه براساس مشخصات و الگوي ترافیکی کاربرد مشخصی که قرار است بر روي آن سیستم اجرا شود، انجام میگیرد. در حالت دوم، بهینهسازي عمومی بوده و بدون توجه به یک کاربرد خاص انجام میشود.

همچنین روشهاي بهینه سازي و معماري شبکه هاي روي تراشه را از منظر هدف به دو دسته میتوان تقسیم کرد: اول، روشهایی که سعی در کاهش متوسط توان و تاخیر شبکه دارند و دوم، روشهایی که هدف خود را تضمین یک سطح سرویس خاص (QoS) (به عنوان مثال حداکثر تاخیر و حداقل پهناي باند) براي بستههاي شبکه قرار داده اند) [[ii]].

1-2- مکانیزمهاي ارتباطی درون تراشه سنتی

در این قسمت ما دو نوع از مکانیزمهاي ارتباطی را بررسی میکنیم. این مکانیزمها براي تراشه هایی استفاده میشوند که

داراي تعداد کمی عنصر پردازشی و حافظهاي هستند. این دو روش اتصالات نقطه به نقطه[1] و گذرگاه[2] میباشند. در اتصالات

نقطه به نقطه بین هر دو هستهي پردازشی نیازمند به ارتباط، یک اتصال اختصاصی ایجاد میشود. از آنجا که این روش تنها از سیم ها و بدون استفاده از سخت افزار اضافه براي انتقال دادهها استفاده میکند، بهترین کارایی و توان مصرفی را براي برقراري

ارتباط بین تعداد کم هستهها ارائه میکند. اما این روش مشکلات زیادي از جمله عدم مقیاس پذیري، پیچیدگی زیاد طراحی و مسیریابی اتصالات، و هزینهي پیاده سازي بالا را دارد. روش دیگر یعنی گذرگاه، هسته هاي پردازشی را با استفاده از یک کانال

مشترك به یکدیگر متصل میکند. در مقایسه با روش قبل، گذرگاه، پیچیدگی طراحی سطح مدار کمتري دارد و چون از کانالهاي کمتري استفاده میکند، هزینه ي پیاده سازي آن نیز پایینتر است. اما این روش دو مشکل اساسی دارد، یکی عدم مقیاس پذیري توان و دیگري کارایی. با زیاد شدن تعداد دستگاههاي متصل به گذرگاه، طول آن و نیز مدارات ارسال و دریافت داده ي متصل به آن افزایش یافته و باعث ایجاد یک بار خازنی زیاد میگردد. این بار خازنی تاخیر و توان مصرفی را افزایش میدهد. همچنین در گذرگاه، در هر لحظه فقط دو گره با هم ارتباط دارند که باعث کاهش کارایی میشود.

فصل 2- شبکه روي تراشه[3]

2-1- مقدمه

به علت کاهش اندازه ترانزیستورها، استفاده از میلیونها ترانزیستور در یک تراشه امکان پذیر شده است، که نشان میدهد.

تعداد انبوهی پردازنده میتوانند در یک تراشه مجتمع شوند. در چنین سیستم هایی ارتباط بین پردازنده ها اهمیت زیادي پیدا می کند و سیستم بر روي تراشه (SoC)[4] و شبکه بر روي تراشه (NoC)[5] دو تکنیک پیاده سازي براي این سیستمهامی باشند.

-ب شمایی از یک سیستم بر روي تراشه را نشان میدهد که هر یک از IP ها میتوانند هسته هاي مختلفی باشند.

سیستم بر روي تراشه میتواند شامل عناصر مختلفی نظیر یک پردازنده، واحد ورودي و خروجی و انواع مختلفی از حافظه ها باشد. با این وجود SoC ها داراي معایبی نظیر عدم قابلیت استفاده مجدد، مقیاس پذیري پایین، پیچیدگی طراحی و زمان طولانی جهت رسیدن محصول به بازار میباشد.

طراحی ساده شبکه بر روي تراشه را نشان میدهد. عموماً ارتباط مابین عناصر پردازشی توسط گذرگاه[6] برقرار میگردد. با افزایش تعداد پردازنده هاي روي تراشه با تعداد زیاد عناصر پردازشی، گذرگاه از نظر مقیاس پذیري و مصرف انرژي به گلوگاه[7] تبدیل میشود. لذا ایده ي شبکه بر روي تراشه که شامل عناصر پردازشی و مسیریاب هایی است که توسط پیوندها به هم متصل شدهاند و با ارسال بسته با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند، مطرح شد.

شبکه روي تراشه یک معماري ارتباطی کارآمد از جهت انرژي و توان براي سیستم هاي روي تراشه ي داراي چند tileمیباشد. [[iii]] شبکه بر روي تراشه معایب سیستم بر روي تراشه را برطرف کرده است و قابلیت استفاده مجدد و کارایی بالایی دارد.

2-2- معرفی شبکه بر روي تراشه

دلیل افزایش علاقه به شبکه بر روي تراشه را میتوان با نگاه کردن به تحول تکنولوژي مدارهاي مجتمع و نیاز روزافزون به سیستم هاي الکترونیکی پیدا کرد. ریزپردازنه هاي مجتمع در حقیقت نقش اساسی در تحول تکنولوژي کامپیوتر دارند.

اگرچه تلاش بسیاري براي کامل شدن آن شده است، امروزه به عنوان یک موضوع ساده براي ما مطرح میشود. ریزپردازنده ها درگیر ارتباط بین ماشینهاي محاسباتی و حافظه هاي لایه بندي شده سیستم هستند که این ارتباط به کمک گذرگاهها برقرار میشود. از طرفی مدارهایی با کاربرد تک منظور طراحی شدند که نیاز به یک پردازنده ي عملیاتی واحد داشتند، به همین دلیل نیاز به برقراري ارتباط بر رو تراشه احساس شد.

در همین حال با کاهش حجم پردازنده ها، عدم تعادل بین تأخیر گیتها و تأخیر سیم ها بر روي چیپ ایجاد شد. به همین دلیل امروزه ارتباطات روي چیپ یکی از مهمترین عوامل براي افزایش کارایی سیستم است. یکی از راه حلهاي ارائه شده در زمینه ي ارتباط روي چیپ، استفاده از تکنولوژي شبکه بر روي تراشه است، که مشکلات ارتباطات را تا حد زیادي حل میکند.