Conceitos

1. Conceitos Redes Embutidas ou Networks-on-Chip (NoCs) são uma nova tendência no conceito de Sistemas Embutidos ou Systems-on-Chip (SoCs). Sistemas baseados em redes embutidas podem acomodar múltiplos módulos assíncronos que compõem os sistemas embutidos mais complexos. As soluções encontradas em redes embutidas trazem a concepção de redes de computadores para a comunicação interna do integrado e melhorias em comparação com o sistema de barramento convencional.

2. Conceitos Redes Embutidas são um novo paradigma para comunicação dentro de sistemas VLSI muito grandes, implementados em um único encapsulamento. Em um sistema de redes embutidas, módulos, tais como processadores, memórias e blocos especializados de IP (Intelectual Property), trocam informações, utilizando uma rede como um sub-sistema de transporte para o tráfego de informação. Uma rede embutida é contruída a partir de múltiplos elos de dados ponto-a-ponto, interconectados por chaves (switches), de tal forma que mensagens podem ser retransmitidas de qualquer fonte para qualquer destino, sobre vários elos, tomando decisões de roteamento nas chaves.

3. Conceitos Uma rede embutida pode prover a separação entre computação e comunicação, suporte para modularização e reutilização de blocos de IP através de interfaces padrão, tratar questões de sincronização, servir como uma plataforma de teste de sistema e, assim, aumentar a produtividade. Embora redes embutidas possam utilizar os conceitos e técnicas de redes de computadores, é impraticável reutilizar cegamente características clássicas de redes de computadores e multiprocessadores simétricos. Em particular, as chaves de redes embutidas devem ser pequenas, energeticamente eficientes e rápidas.

4. Conceitos Os algoritmos de roteamento devem ser implementados por lógica simples e o número de registradores deve ser mínimo. A topologia da rede e suas propriedades podem ser específicas para cada aplicação. Redes embutidas precisam oferecer qualidade de serviço, isto é, alcançar os vários requisitos em termos de throughput, atrasos e prazos. Vários problemas ainda existem para serem resolvidos em todos os níveis: do físico ao de rede, e por todo o caminho até à arquitetura do sistema e ao software da aplicação.

5. Conceitos O projeto de sistemas embutidos provê soluções integradas para problemas em telecomunicações, multimídia e equipamentos eletrônicos. O sucesso dependerá do uso de um projeto e de uma tecnologia apropriados, assim como na habilidade em interconectar componentes já existentes. Ao final da década, SoCs, utilizando transistores de 50nm e operando abaixo de 1V, conterão 4 bilhões de transistores operando a 10GHz. O maior desafio que os projetistas desses sistemas terão será em prover a operação correta e confiável dos componentes interativos.

6. Conceitos As interconexões intra-chip irão apresentar um fator limitante de desempenho e consumo de energia. A sincronização com uma única base de tempo e com distorção (skew) insignificante será extremamente difícil, senão impossível. O mais certo paradigma de sincronização para o futuro consiste em assincronismo global e sincronismo local, o que envolve a utilização de diferentes bases de tempo. Na ausência de uma única base de tempo, sistemas embutidos se tornam sistemas distribuídos em um único encapsulamento.

7. Conceitos Controle global do tráfego da informação não deve ter sucesso, porque o sistema precisa acompanhar os estados de cada componente. Assim sendo, os componentes irão iniciar a transferência de dados autonomamente, de acordo com suas necessidades. A comunicação global será completamente distribuída, com pouca ou quase nenhuma coordenação global. À medida que SoCs se tornam mais complexos, observar a funcionalidade do sistema com modelos completamente determinísticos se tornará cada vez mais difícil.

8. Conceitos À medida que se utilizam múltiplas bases de tempo, falhas de sincronização na comunicação entre diferentes bases serão raras, mas inevitáveis. Ruído devido a linha cruzada, interferência eletromagnética e injeção de cargas induzida por radiação poderão produzir erros de dados (perturbações). Logo, transmitir valores digitais em fios se tornará inconfiável e não-determinístico.

9. Conceitos Outras causas de não-determinismo incluem projetar componentes com um nível de abstração muito alto, granularidade grossa e controle de comunicação distribuído. Criar sistemas embutidos complexos requer uma abordagem modular, baseada no componente, tanto para projeto de hardware quanto de software. A tecnologia de interconexão será o fator limitante para alcançar os objetivos operacionais dos sistemas embutidos. Neste sentido, micro-redes reconfiguráveis podem oferecer comunicação eficiente em SoCs.

10. Conceitos A rede é a abstração da comunicação entre componentes e deve satisfazer requisitos de qualidade de serviço, tais como confiabilidade, desempenho, limites de energia, sob a limitação de transmissão de sinal intrinsicamente não confiável e atrasos significativos de comunicação através das conexões. O paradigma da microrede em camadas é uma adaptação do protocolo em camadas utilizado para abstrair as propriedades elétricas, lógicas e funcionais do esquema de interconexão.

11. Conceitos O nível de abstração aumenta da camada física à camada de software. aplicação sistema software transporte rede link de dados arquitetura e controle físico conexão

12. Conceitos Os SoCs diferem das redes de comunicação de longa distância devido à proximidade local e porque eles exibem menos não-determinismo. Redes locais, de alto-desempenho, tais como as desenvolvidas para multiprocessadores, tem requisitos e limitações semelhantes. No entanto, características como limitação de energia e projeto especializado são únicas em SoCs. Enquanto computação e armazenamento se beneficiam do aumento da intergração, através de portas e células de memória menores, a energia para comunicação global não diminui.

13. Conceitos Projeções baseadas em técnicas de otimização para conexões globais mostram que a comunicação embutida irá requerer cada vez mais consumo de energia. Controle de tráfego na rede ajuda a controlar o consumo de energia associado à comunicação. As redes em SoCs podem ser arquitetadas para a aplicação, diferentemente das redes de computadores, que procuram ser padronizadas. Cada camada da microrede pode ser especializada e otimizada para a aplicação.

14. Conceitos Fios são a implementação física dos canais de comunicação em SoCs e barramentos funcionam como agrupamento de fios. Nos projetos atuais, efeitos relacionados a conexões são parasitas indesejáveis e os projetistas utilizam técnicas específicas para reduzí-las ou eliminá-las. O projeto do nível físico deve estar comprometido em satisfazer métricas de qualidade e fornecer uma abstração completa das características do canal para os níveis acima.