Avaliação de Desempenho de Redes-em-Chip Sem Fio Single-Hop com NAS Parallel Benchmarks

  • Amanda Maria P. Amorim PUC Minas
  • Henrique C. Freitas PUC Minas

Resumo


Em arquiteturas tradicionais de redes-em-chip, há influência do fio que pode reduzir a escalabilidade, rendimento e eficiência. Redes-em-chip sem fio (Wireless Networks-on-Chip WiNoCs) são alternativas para fornecer comunicação entre núcleos de processadores many-core com alta largura de banda e baixo consumo de energia. Em aplicações paralelas há comunicações entre vários núcleos demandando um projeto de rede-em-chip eficiente. Portanto, o objetivo deste trabalho é projetar e avaliar uma arquitetura WiNoC single-hop usando cargas de trabalho paralelas. A metodologia é baseada em simulações através do simulador de rede NS-2 (Network Simulator) e aplicações do NAS Parallel Benchmarks (NPB). A arquitetura WiNoC é baseada na topologia mesh 2-D com tecnologia de rádio UWB (Ultra Wide Band). A transmissão entre núcleos é avaliada com base nas comunicações unicast (1:1 e N: 1) e broadcast (1: N e N: N). A arquitetura WiNoC Single-hop tem alto desempenho nas comunicação broadcast, alcançando no máximo 2,21 % de perda de pacotes. Nas comunicações unicast, a WiNoC single-hop tem alto desempenho atingindo no máximo 0,02 % de perda de pacotes e 0,2 ms de latência. A maior taxa de perda de pacotes e latência ocorrem nas comunicações N:1, devido a concorrência dos pacotes pelo nó destino. A WiNoC Single-hop alcançou até 63,12 J de consumo de energia. É possível concluir que a arquitetura WiNoC Single-hop apresenta alto desempenho, mas precisa de melhorias para reduzir o consumo de energia aumentando a sua eficiência.

Palavras-chave: Avaliação de Desempenho, Redes-em-Chip Sem Fio Single-Hop, Carga de Trabalho Paralela.

Referências

H. C. Freitas, “Arquitetura de noc programável baseada em múltiplos clusters de cores para suporte a padrões de comunicação coletiva,” Doutorado, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Instituto de Informática, Programa de Pós-Graduação em Computação, Rio Grande do Sul, Brasil, 2009. [Online]. Available: http://hdl.handle.net/10183/16656

J. Duato, S. Yalamanchili, and N. Lionel, Interconnection networks. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 2002.

R. Kumar, V. Zyuban, and D. M. Tullsen, “Interconnections in multi-core architectures: Understanding mechanisms, overheads and scaling,” in Proc. 32nd International Symposium on Computer Architecture (ISCA), jun 2005, pp. 408–419.

T. Bjerregaard and S. Mahadevan, “A survey of research and practices of network-on-chip,” Computing Surveys, vol. 38, no. 1, pp. 1–51, June 2006. [Online]. Available: http://doi.acm.org/10.1145/1132952.1132953

D. Zhao, “Ultraperformance wireless interconnect nanonetworks for heterogeneous gigascale multi-processor SoCs,” in Proc. 2th Workshop on Chip Multiprocessor, Memory Systems and Interconnects. Beijing: CMP-MSI, Jun. 2008, pp. 1–3.

A. Ganguly, K. Chang, S. Deb, P. P. Pande, B. Belzer, and C. Teuscher, “Scalable hybrid wireless network-on-chip architectures for multi-core systems,” Journal Transactions on Computers, vol. 60, no. 10, pp. 1485–1502, 2011.

L. Benini and G. D. Micheli, “Networks on chips: a new SoC paradigm,” Journal Computer, vol. 35, no. 1, pp. 70– 78, Jan. 2002.

P. A. C. Oliveira, “Avaliação de desempenho e caracterização de cargas de trabalho paralelas para redes-em-chip sem fio,” Mestrado, Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2012. [Online]. Available: http://www.biblioteca.pucminas.br/teses/Informatica_OliveiraPAC_1.pdf

H. C. Freitas, L. M. Schnorr, M. A. Z. Alves, and P. O. A. Navaux, “Impact of parallel workloads on NoC architecture design,” in Proc. 18th Euromicro Conference on Parallel, Distributed and Network-Based Processing. Pisa: PDP, Feb. 2010, pp. 551–555.

A. Ganguly, K. Chang, P. P. Pande, B. Belzer, and A. Nojeh, “Performance evaluation of wireless networks on chip architectures,” in Proc. 10th International Symposium on Quality of Electronic Design. San Jose: ISQED, Mar. 2009, pp. 350–355.

P. A. C. Oliveira, F. L. P. Duarte-Figueiredo, C. A. P. S. Martins, H. C. Freitas, C. P. Ribeiro, M. Castro, V. Marangozova-Martin, and M. J-F., “Performance evaluation of winocs for parallel workloads based on collective communications,” in Proc. IADIS Applied Computing. Rio de Janeiro: IADIS Applied Computing, Nov. 2011, pp. 307–314.

X. Li, “Survey of wireless network-onchip systems,” Auburn University, Technical report. Auburn University, Alabama, USA, Tech. Rep., May. 2012. [Online]. Available: http://www.eng.auburn.edu/agrawvd/THESIS/LI/report.pdf

L. Carloni, P. Pande, and Y. Xie, “Networkson-chip in emerging interconnect paradigms: Advantages and challenges,” in Proc., 2009 3rd ACM/IEEE International Symposium on Networkson- Chip. Washington, DC, USA: IEEE Computer Society, May. 2009, pp. 93–102. [Online]. Available: http://dx.doi.org/10.1109/NOCS.2009.5071456

P. P. Pande, A. Ganguly, K. Chang, and C. Teuscher, “Hybrid wireless network on chip: a new paradigm in multi-core design,” in Proc. 2th International Workshop on Network on Chip Architectures. New York: NoCArc, Dec. 2009, pp. 71–76.

C. Wang, W.-H. Hu, and N. Bagherzadeh, “A wireless network-on-chip design for multicore platforms,” in Proc. 19th International Euromicro Conference on Parallel, Distributed and Network-Based Processing. Ayia Napa: PDP, Feb. 2011, pp. 409–416.

D. Zhao, Y. Wang, J. Li, and T. Kikkawa, “Design of multi-channel wireless noc to improve on-chip communication capacity,” in Proc. 5th ACM/IEEE International Symposium on Networks-on-Chip. Pittsburgh: NOCS, May. 2011, pp. 177–184. [Online]. Available: http://doi.acm.org/10.1145/1999946.1999975

A. M. P. Amorim, P. A. C. Oliveira, and H. C. Freitas, “Integrando traços de execução de aplicações paralelas ao network simulator para simulação de winoc,” in Anais..., Workshop de Iniciacao Cientifica, XIII Simposio em Sistemas Computacionais. Petrópolis: WSCAD-WIC, Out. 2012, pp. 1–4.

NS, “Network simulator (ns-2),” 2013, disponível em http://isi.edu/nsnam/ns/. Acesso em mai.

NS-UWB, “Ns-2 ultra wide-band (uwb) mac and phy simulator,” 2013, disponível em http://uwb.epfl.ch/ns-2/index.html. Acesso em mai.

FAST-BROADCAST, “Resources - fast broadcast modules for ns-2,” 2013, disponível em http://www.math.unipd.it/˜cpalazzi/fastbroadcast.html. Acesso em mai.

NPB, “Nas parallel benchmarks,” 2013, disponível em http://www.nas.nasa.gov/publications/npb.html. Acesso em mai.

NPB, “Problem sizes and parameters in nas parallel benchmarks,” 2013, disponível em http://www.nas.nasa.gov/publications/npb_problem_sizes.html. Acesso em mai.
Publicado
23/10/2013
Como Citar

Selecione um Formato
AMORIM, Amanda Maria P.; FREITAS, Henrique C.. Avaliação de Desempenho de Redes-em-Chip Sem Fio Single-Hop com NAS Parallel Benchmarks. In: SIMPÓSIO EM SISTEMAS COMPUTACIONAIS DE ALTO DESEMPENHO (WSCAD), 14. , 2013, Porto de Galinhas - PE. Anais [...]. Porto Alegre: Sociedade Brasileira de Computação, 2013 . p. 92-99. DOI: https://doi.org/10.5753/wscad.2013.16778.