Analytische Modellierung zur Entwurfsraumexploration von Verbindungsnetzwerken in Vielkernprozessoren:
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Dresden
Vogt
2015
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INHALTSVERZEICHNIS
ABSTRACT/ZUSAMMENFASSUNG IX
INHALTSVERZEICHNIS XIII
ABBILDUNGSVERZEICHNIS XVII
TABELLENVERZEICHNIS XXII
LISTE DER ALGORITHMEN XXIV
SYMBOLVERZEICHNIS XXVI
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS XXXI
1. EINLEITUNG 1
1.1. TREND VOM MEHR- ZUM VIELKERNPROZESSOR 2
1.2. NETWORK-ON-CHIP ALS VERBINDUNGSNETZWERK 4
1.3. ENTWURFSRAUMEXPLORATION 6
1.4. HERAUSFORDERUNGEN DER MODELLIERUNG VON NETWORK-ON-CHIP 7
1.5. UEBERSICHT UND WISSENSCHAFTLICHER BEITRAG DER ARBEIT 10
2. NETZWERKGRUNDLAGEN UND BEDIENTHEORIE 13
2.1. NETWORK-ON-CHIP ALS VERBINDUNGSNETZWERK 13
2.1.1. TOPOLOGIE 13
2.1.1.1. 3D NETWORK-IN-CHIP-STACK 15
2.1.2. VERKEHR IM NETWORK-ON-CHIP 16
2.1.3. NETWORK-ON-CHIP (NOC) ROUTER 19
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INHAL
TSVERZEICHNIS
2.2. BEDIENTHEORIE 20
2.2.1. BEDIENSYSTEM 20
2.2.1.1. KENDALL-NOTATIOEN 23
2.2.2. MARKOV-SYSTEME 23
2.2.3. WARTESCHLANGENNETZE 26
2.2.3.1. NETZWERKE VON M/G/L/K SYSTEMEN 26
2.2.4. DISKRETE BEDIENSYSTEME 27
3. ANALYTISCHE MODELLE FUER NOC IM VIELKERNPROZESSOR 31
3.1. UEBERBLICK UND MODELLHIERARCHIE 35
3.2. SYSTEMMODELL 37
3.2.1. MODELLANNAHMEN AUF NETZWERKEBENE 37
3.2.2. MODELLANNAHMEN AUF ROUTER-EBENE 38
3.3. NETZWERKMODELL 39
3.4. BEDIENTHEORETISCHES ROUTER-MODELL FUER FIRST-COME FIRST-SERVE
ARBITRIERUNG 44
3.4.1. HERLEITUNG 45
3.4.2. PERFORMANCE-ANALYSE 52
3.5. EMPIRISCHES BEDIENZEITMODELL FUER ROUND-ROBIN ARBITRIERUNG 57
3.5.1. HERLEITUNG 59
3.5.2. INTEGRATION IN BEDIENTHEORETISCHES ROUTER-MODELL 71
3.5.3. PERFORMANCE-ANALYSE 72
3.6. BEDIENTHEORETISCHES ROUTER-MODELL UNTER BERUECKSICHTIGUNG BEGRENZTER
KAPAZITAET DER EINGANGSPUFFER 76
3.6.1. HERLEITUNG 77
3.6.2. VERKETTUNG VON ROUTERN 80
3.6.3. BLOCKIERUNG UND RUECKSTAU IN NETZWERKEN 85
3.6.4. PERFORMANCE-ANALYSE 90
3.7. ZUSAMMENFASSUNG 93
4. ENTWURFSRAUMEXPLORATION VON NOC-TOPOLOGIEN IM VIELKERNPROZESSOR 95
4.1. BEWERTUNGSKRITERIEN 98
4.2. 3D TOPOLOGIEN UND NETWORK-IN-CHIP-STACK 100
4.2.1. MODELLIERUNG VON TSVS 101
4.2.2. MODELLIERUNG HETEROGENER VERBINDUNGEN 102
XIV
INHAL
TSVERZEICHNIS
4.2.3. ANALYSE DES REGULAEREN 3D-GITTERS 104
4.2.3.1. UNTERSUCHUNG A-L: KLEINERE REGULAERE 3D-GITTER 104
4.2.3.2. UNTERSUCHUNG A-2: SKALIERUNG AUF 4096 MODULE . 107
4.2.4. ANALYSE DES IRREGULAEREN 3D NETWORK-IN-CHIP-STACK 110
4.2.4.1. UNTERSUCHUNG A-3: TSV-ANZAHL UND TSV-BANDBREITE . 110
4.2.4.2. UNTERSUCHUNG A-4: KAPAZITIVE KOPPLUNG VON TSVS . . 114
4.3. HIERARCHISCHE NETZWERKTOPOLOGIEN 117
4.3.1. UNTERSUCHUNG B-L: KLEINERE HIERARCHISCHE TOPOLOGIEN 119
4.3.2. UNTERSUCHUNG B-2: SKALIERUNG AUF 4096 MODULE 123
4.3.3. UNTERSUCHUNG B-3: BANDBREITE VON INTER-CLUSTER-LINKS 127
4.4. ABSCHLUSSBETRACHTUNG 130
5. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 133
5.1. ZUSAMMENFASSUNG 133
5.2. AUSBLICK 135
A. ERWEITERTE GRUNDLAGEN 139
A.L. NETWORK-ON-CHIP 139
A.L.L. KLASSISCHE NETWORK-ON-CHIP TOPOLOGIEN 139
A.L.2. IRREGULAERE TOPOLOGIEN 141
A.L.3. 2D-GITTER 141
A.1.4. HIERARCHISCHE TOPOLOGIEN 142
A.L.5. ROUTING-VERFALIREN 144
A.1.6. ARBITRIERUNGSVERFAHREN 146
A.L.7. FLUSSKONTROLLE 147
A.2. BEDIENTHEORIE 148
A.2.1. MARKOV-KETTE 149
A.2.2. M/M/L BEDIENSYSTEM 151
A.2.3. NETZWERKE VON MARKOV-SYSTEMEN 153
A.2.4. DISKRETE BEDIENSYSTEME 155
B. ERGAENZENDE PERFORMANCE-ANALYSEN 157
B.L. PUFFERDIMENSIONIERUNG 157
B.2. ANALYSE VON PFADLATENZEN 163
XV
INHALTSVERZEICHNIS
C. ANALYSE KLASSISCHER 2D TOPOLOGIEN 169
C.L. UNTERSUCHUNG C-L: KLEINERE 2D-TOPOLOGIEN 169
C.2. UNTERSUCHUNG C-2: SKALIERUNG AUF 4096 MODULE 172
C.3. UNTERSUCHUNG C-3: EINFLUSS VON KOMMUNIKATIONSLOKALITAET 174
XVI |
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