IPNoSys III: o paradigma de redes definidas por software aplicado ao controle de um multiprocessador com modelo de execução não convencional

The use of Networks-on-Chip (NoCs) in the communication infrastructure of multiprocessor systems (MPSoCs) has become a standard due to its scalability and support for parallel communications. These architectures allow the execution of applications formed by different tasks that communicate with e...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Nunes, Dênis Freire Lopes
Outros Autores: Kreutz, Márcio Eduardo
Formato: doctoralThesis
Idioma:pt_BR
Publicado em: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Assuntos:
IPNoSys
SDNoC
NoC
MPSoC
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/32744
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Nunes, Dênis Freire Lopes
IPNoSys III: o paradigma de redes definidas por software aplicado ao controle de um multiprocessador com modelo de execução não convencional
description The use of Networks-on-Chip (NoCs) in the communication infrastructure of multiprocessor systems (MPSoCs) has become a standard due to its scalability and support for parallel communications. These architectures allow the execution of applications formed by different tasks that communicate with each other, and the support for this communication has a fundamental role in the system’s performance. IPNoSys (Integrated Processing NoC System) is an unconventional architecture, with its own execution model, developed to exploit this NoC communication structure as a high-performance processing system. In the scenario of conventional computer networks, there was a convergence towards the use of the Software-Defined Network (SDN) paradigm, and a central component controls the network, which has an overview of the network and is programmable to change the network configuration to adapt to the specifics of the application or the needs of the programmer. Some works propose the use of the SDN paradigm in NoCs in order to create more flexible architectures. Thus, SDNoCs has a simpler communication infrastructure but is connected to a programmable controller that manages the network’s functioning. This work aims to present an architecture based on the IPNoSys execution model but using SDN concepts to provide network control. IPNoSys III is an NoC with a 2D mesh topology, which contains a communication unit and four processing cores on each node, with memory access, that executes packets in the IPNoSys format. An SDN controller, connected to all nodes, has an overview and manages the network to execute the routing algorithm and map tasks according to performance objectives. As a proof of concept, we developed a programming and simulation environment for this architecture in SystemC, and the evaluations performed show the operation and benefits obtained through the use of an SDN controller. The results shows IPNoSys III achieved a performance up to 26.45% better in execution time, if compared with other MPSoCs known in the literature.
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These architectures allow the execution of applications formed by different tasks that communicate with each other, and the support for this communication has a fundamental role in the system’s performance. IPNoSys (Integrated Processing NoC System) is an unconventional architecture, with its own execution model, developed to exploit this NoC communication structure as a high-performance processing system. In the scenario of conventional computer networks, there was a convergence towards the use of the Software-Defined Network (SDN) paradigm, and a central component controls the network, which has an overview of the network and is programmable to change the network configuration to adapt to the specifics of the application or the needs of the programmer. Some works propose the use of the SDN paradigm in NoCs in order to create more flexible architectures. Thus, SDNoCs has a simpler communication infrastructure but is connected to a programmable controller that manages the network’s functioning. This work aims to present an architecture based on the IPNoSys execution model but using SDN concepts to provide network control. IPNoSys III is an NoC with a 2D mesh topology, which contains a communication unit and four processing cores on each node, with memory access, that executes packets in the IPNoSys format. An SDN controller, connected to all nodes, has an overview and manages the network to execute the routing algorithm and map tasks according to performance objectives. As a proof of concept, we developed a programming and simulation environment for this architecture in SystemC, and the evaluations performed show the operation and benefits obtained through the use of an SDN controller. The results shows IPNoSys III achieved a performance up to 26.45% better in execution time, if compared with other MPSoCs known in the literature. A utilização de Redes-em-Chip (Networks-on-Chip - NoCs) na infraestrutura de comunicação de sistemas multiprocessados (Multiprocessors System-on-Chip – MPSoCs) tem se tornado um padrão devido a sua escalabilidade e suporte a comunicações em paralelo. Essas arquiteturas possibilitam a execução de aplicações formadas por diferentes tarefas que se comunicam entre si, e o suporte a essa comunicação tem um papel fundamental no desempenho do sistema. A IPNoSys (Integrated Processing NoC System) é uma arquitetura não convencional, com modelo de execução próprio, desenvolvida para explorar essa estrutura de comunicação da NoC como um sistema de processamento de alto desempenho. No cenário de redes de computadores convencionais, houve uma convergência para a utilização do paradigma das Redes Definidas por Software (Software-Defined Network - SDN), em que o controle da rede é delegado a um componente central que possui uma visão geral da rede e, por ser programável, pode alterar a configuração da rede para se adaptar às especificidades da aplicação ou às necessidades do programador. Nesse sentido, alguns trabalhos propõem a utilização do paradigma SDN em NoCs com o objetivo de criar arquiteturas mais flexíveis. Dessa forma, as SDNoCs surgem com uma infraestrutura de comunicação mais simples, mas conectada a um controlador programável que gerencia o funcionamento da rede. Este trabalho tem por objetivo apresentar uma arquitetura baseada no modelo de execução IPNoSys, porém utilizando-se de conceitos de SDN para prover o controle da rede. A IPNoSys III é uma NoC com topologia de malha 2D, que contém em cada nó uma unidade de comunicação e quatro núcleos de processamento, com acesso à memória, que executam pacotes no formato IPNoSys. Um controlador SDN, conectado a todos os nós, tem uma visão geral e gerencia a rede para executar o algoritmo de roteamento e mapear tarefas de acordo com os objetivos de desempenho. Como prova de conceito, foi desenvolvido um ambiente de programação e simulação para esta arquitetura em SystemC, e as avaliações realizadas mostram o funcionamento e os benefícios obtidos através da utilização de um controlador SDN. Os resultados mostraram que a IPNoSys III obteve um desempenho de até 26,45% melhor em tempo de execução, quando comparada com outros MPSoCs conhecidos na literatura. 2021-06-21T18:05:54Z 2021-06-21T18:05:54Z 2021-01-26 doctoralThesis NUNES, Dênis Freire Lopes. IPNoSys III: o paradigma de redes definidas por software aplicado ao controle de um multiprocessador com modelo de execução não convencional. 2021. 122f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/32744 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM SISTEMAS E COMPUTAÇÃO

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