| Περίληψη |
Καθώς τα υπολογιστικά και ενσωματωμένα συστήματα εξελίσσονται σε παράλληλους πολυεπεξεργαστές, γίνονται μεγάλες προσπάθειες στην έρευνα και ανάπτυξη αρχιτεκτονικών διεπαφών δικτύου (ΔΔ) που επιτρέπουν την αποδοτική επικοινωνία μεταξύ επεξεργαστών (ΕΜΕ). Αυτή η εργασία εστιάζει στην αρχιτεκτονική, ανάπτυξη και σχεδίαση ΔΔ για συστοιχίες υπολογιστών και πολυεπεξεργαστικά chip. Συγκεκριμένα παρουσιάζονται η ανάπτυξη ενός διαχειριστή ουρών ΔΔ, σημαντικά θέματα σχεδίασης ΔΔ για ΕΜΕ, καθώς και μια προτεινόμενη σχεδίαση ΔΔ κατάλληλη για πολυεπεξεργαστικά chip. Στο πρώτο κομμάτι αυτής της εργασίας παρουσιάζεται η σχεδίαση της αρχιτεκτονικής και η υλοποίηση ενός διαχειριστή ουρών ΔΔ που υποστηρίζει Πολλαπλές Ουρές Εξόδου (ΠΟΕ), κατάτμησης μεταβλητού μεγέθους πολλαπλών πακέτων και έλεγχο ροής QFC. Για την αύξηση του διαθέσιμου χώρου αποθήκευσης δικτυακής κίνησης οι ΠΟΕ μπορούν να μεταναστεύουν σε εξωτερική μνήμη σε μορφή συνδεδεμένων λιστών από μπλοκ μνήμης. Γίνεται χρήση των τεχνικών βελτιστοποίησης παράκαμψης λίστας ελεύθερων μπλοκ και προδέσμευσης ελεύθερων μπλοκ για την ελαχιστοποίηση των απαραίτητων προσβάσεων στην εξωτερική μνήμη και έτσι την βελτίωση εύρους ζώνης. Επιπλέον, αναπτύχθηκε ένας νεωτεριστικός μηχανισμός επεξεργασίας πακέτων για μετατροπή τυχαίων κομματιών δικτυακής κίνησης σε αυτόνομα πακέτα δικτύου. Παρουσιάζονται αναλυτικά το κόστος σε υλικό για κάθε υποτμήμα της ΔΔ, καθώς και για τρεις διαφορετικές υλοποιήσεις της ΔΔ. Χρησιμοποιώντας την παρούσα ΔΔ έγιναν πειράματα απόδοσης δικτύου που επιβεβαίωσαν την συμπεριφορά και απόδοση του buffered crossbar, όπως αυτή είχε προκύψει από θεωρητικές μελέτες και προσομοίωση. Το δεύτερο κομμάτι αυτής της εργασίας διαπραγματεύεται βασικά θέματα σχεδίασης ΔΔ που επηρεάζουν την ΕΜΕ. Εκτιμώνται διάφορες προσσεγγίσεις και λύσεις με βάση την απόδοση, δυνατότητα κλιμάκωσης, αξιοπιστία και προστασία. Τα θέματα που συζητώνται περιλαμβάνουν την τοποθέτηση της ΔΔ, ζητήματα προστασίας, μετάφρασης διευθύνσεων, μηχανισμών μεταφοράς δεδομένων καθώς και τη διεπαφή λογισμικού. Στην πορεία παρουσιάζονται διάφορες ακαδημαϊκές και εμπορικές προσεγγίσεις. Επίσης προτείνεται η σχεδίαση μιας ΔΔ μικρού κόστους προοριζομένη για τοποθέτηση κοντά στον επεξεργαστή, καθιστώντας την κατάλληλη για χρήση σε μελλοντικά πολυεπεξεργαστικά chip. Παρέχονται δύο ισχυροί μηχανισμοί για επικοινωνία: Ουρές Μηνυμάτων και Remote DMA. Οι ουρές μηνυμάτων προσφέρουν επικοινωνία ελάχιστης καθυστέρησης και απευθύνονται κυρίως σε μηνύματα ελέγχου και συγχρονισμού ή μικρές μεταφορές δεδομένων. Το Remote DMA ελαχιστοποιεί την ανάμειξη του επεξεργαστή στην επικοινωνία, προσφέρεται για μεταφορά μεγάλου όγκου δεδομένων και διευκολύνει την υλοποίηση πρωτοκόλλων zero-copy. Επιπροσθέτως, η προτεινόμενη ΔΔ υποστηρίζει έναν ευέλικτο μηχανισμό προστασίας, βασισμένο στην ύπαρξη ζωνών, που μπορεί εύκολα να προσαρμοστεί στις εκάστοτε ανάγκες ασφάλειας ενός συστήματος.
|
Network Interface Architecture and Prototyping for Chip and Cluster Multiprocessors
