یک مسیریاب سوئیچینگ ترکیبیِ مداری

یک مسیریاب سوئیچینگ ترکیبیِ مداری-بسته ای، برای شبکه‌ی نوری درون یک تراشه (ONoC)

چکیده

افزایش تعداد هسته‌های مالکیت فکری  (IP) باعث شده تا شبکه‌های درون یک تراشه (NoC)  ( یا به اصطلاح شبکه روی تراشه) با چالش‌هایی روبرو باشند. نانوفوتونیک های سیلیکونی  به یک فناوری  عمده مبدل گردیده‌اند، چرا که مزایای متعددی را برای شبکه درون یک تراشه به همراه دارند. همچنین، خدمات درون یک تراشه ، اعم از خدمات تضمین شده و خدمات بهترین کوشش ، از مشخصه‌های ترافیکی مختلفی برخوردار می‌باشند. این مسئله می‌تواند تأثیری مهم بر روی کارائی شبکه درون یک تراشه داشته باشد. در این مقاله به ارائه‌ی یک مسیریاب سوئیچینگ مدار بسته برای شبکه‌ی نوری درون یک تراشه (ONoC) می‌پردازیم. این مسیریاب می‌تواند از سوئیچینگ مداری (OCS) و سوئیچینگ نوری بسته‌ ای (OPS) به شکلی موازی و همزمان پشتیبانی کرده تا بتواند کارائی شبکه را از طریق هر دو سرویس بهبود دهد. با توجه به نتایج شبیه‌سازی، معماری پیشنهادی می‌تواند به تأخیر پایین‌تر و توان عملیاتی بالاتری نسبت به معماری‌های معمول و آن‌هم در همان مقیاس دست پیدا کند.

بیشتر بخوانید: اکچویتور چیست؟

مقدمه

با افزایش چگالیِ ادغام  در یک تراشه، دستاوردهای اخیر در حوزه‌ی طراحی تراشه نشان می‌دهد که پیشرفت‌هایی به سمت طراحی‌های چند هسته‌ای در حال جریان می‌باشد. با توجه به اینکه تعداد هسته‌های مالکیت فکری (IP) که در یک تراشه ادغام گردیده‌اند در حال افزایش می‌باشد، کارائی شبکه‌ی درون یک تراشه  با محدودیت‌هایی اعم از مصرف انرژی، تأخیر داده‌ها، توان عملیاتی و غیره روبرو می‌باشد. اتصالات سراسری در این شبکه به یک عامل اصلی و تأثیرگذار بر روی کل کارائی شبکه مبدل گردیده است چرا که نقش مهمی را در اتصال هسته‌های IP بازی می‌کند. در حال حاضر نیاز فزاینده‌ای به اتصالات الکترونیکی متعارف وجود دارد، به گونه‌ای که بتوانند توان عملیاتیِ بالا مقیاس و سرعت را در یک شبکه‌ای که از هسته‌های IP زیادی استفاده می‌کند، تضمین نماید. البته اتصالات الکترونیکی عملکرد خوبی در حوزه‌ی بهره‌وری انرژی و مقیاس‌پذیری کارائی ندارند [1]. همچنین مسئله‌ی قابلیت اطمینان را نیز باید در نظر گرفت [2].

یک راهکار برای حل این گلوگاه‌هایی که در بالا مطرح شد، اتصالات نوری با سرعت بالای انتشار سیگنال، چگالی بالای پهنای باند و مصرف کم انرژی می‌باشد. بر مبنای پلت فرم سیلیکون روی عایق (SOI)، بسیاری از دستگاه‌های نوری که می‌توانند در NoC ها بکار گرفته شوند دارای دستاوردهای قابل ملاحظه‌ای می‌باشند [3-9]. این باعث شده تا اتصالات نوری به یک فناوری جذاب مبدل گردند. در نتیجه، بر مبنای فوتونیک‌های سیلیکونی، چندین نمونه معماری برای NoC از سوی گروه‌های تحقیقاتی مختلف ارائه شده است.
خدمات موجود در NoC را می‌توان به دو دسته‌بندی تقسیم کرد: خدمات تضمینی و خدمات بهترین کوشش. ترافیک خدمات مختلف، دارای مشخصه‌های مختلفی می‌باشند. خدمات تضمینی باید بعضی از منابع را برای خود رزرو نموده تا بتواند توان عملیاتی را تضمین نموده و اغلب ترافیک این خدمات تضمینی طولانی بوده و در عین حال ماهیتی پیوسته دارند. خدمات بهترین-کوشش، نیازی به رزرو منابع در جهت تضمین کارائی نداشته و ترافیک آن نیز به طور معمول طول کوتاهی دارد. طراحی معماری مسیریاب، فرآیندی وابسته به مشخصه‌های ترافیکی در تراشه می‌باشد. بنابراین، یک مسیریاب که می‌تواند نیازمندی‌های دو دسته‌بندی از ترافیک‌ها را به صورت همزمان ارضا نماید، از مزایایی بر حسب تأخیر، توان عملیاتی و هزینه بر خوردار می‌باشد. اغلب طراحی‌های فعلی تنها از یک نوع مکانیسم سوئیچینگ استفاده می‌کنند که سوئیچینگ نوری مداری (OCS) یا سوئیچینگ نوری بسته (OPS) نام دارد. اگرچه در صورتی که ترافیک خدمات مختلف را بتوان با همان شِمای سوئیچینگ مدیریت کرد، بهره‌وری شبکه ممکن است کاهش پیدا کرده و هزینه‌ی عملیاتی افزایش پیدا کند.