高機能ルータアーキテクチャのネットワーク性能

摘要

プロセッサの信頼性向上を目的に，我々は以前より，ネットワークオンチップの支援によりメニーコアプロセッサが持つ冗長性を活用する冗長実行手法のSmartCoreシステムを提案している.また，それを実現するために，パケット待ち合わせや比較などの特別な機能を持つ高機能ルータアーキテクチャを提案している.本論文では，冗長実行時のパケット待ち合わせによる性能低下を抑えつつ，追加ハードウェア量を小さく抑えたルータ構成の検討を目的として，冗長実行のための追加機能を持つ高機能ルータマイクロアーキテクチャを2通り示し，それらを比較する.ひとつは一般的なオンチップルータアーキテクチャを元に，パケット比較のための機能を追加した最低限のルータマイクロアーキテクチャである.もう一方は，より高いネットワーク性能を達成するために，クロスバーを拡張したルータマイクロアーキテクチャである.これらの高機能ルータをVerilog HDLで実装し，いくつかの一般的なネットワークトラフィックパターンを用いてDMR実行時のネットワーク性能を評価した.評価の結果，拡張したクロスバーを持つルータを用いることにより，DMR実行による通信レイテンシの増加は，最低限の構成のルータに比べて平均12.4%小さいことがわかった.また，一般的なFPGAデザインツールを用いて，これらのルータのおおよその面積を評価した.評価の結果，拡張したクロスバーを持つルータの面積は，最低限の構成のルータに比べておおよそ62.9%大きいことがわかった.%In order to improve the chip-level dependability, we have proposed SmartCore system, NoC-based DMR (Dual Modular Redundant) mechanism by employing inherent redundancies of PEs in many-core processors. We also have proposed a multifunction on-chip router architecture that has additional capabilities to support DMR execution such as packet rendezvous and packet comparison. In this paper, in order to develop a sophisticated multifunction router with both low latency overhead of packet rendezvous in DMR execution and low hardware overhead, we compare the two on-chip router microarchitectures with additional functions for DMR executions. The one is a minimal router microarchitecture with two additional buffers for packet comparison based on the standard on-chip router architecture. The other is an advanced router microarchitecture with an expanded crossbar for higher network performance. We implemented these two multifunction routers in Verilog HDL. We evaluated their network performance in DMR execution by using several common network traffic patterns. The evaluation result shows that the latency increase by DMR execution with the router with the expanded crossbar is 12.4% smaller than the increase of the minimal microarchitecture router in average. We also estimated their approximate area by using a standard FPGA design tool. The evaluation result shows that the area of the router with the advanced crossbar is about 62.9% larger than the area of the minimal microarchitecture router.