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公開番号2025076314
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-15
出願番号2024175961
出願日2024-10-07
発明の名称ネットワークオンチップ(NoC)を生成するためのシステムおよび方法
出願人アルテリス・インコーポレイテッド,ARTERIS, INC.
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類G06F 30/31 20200101AFI20250508BHJP(計算;計数)
要約【課題】ネットワークオンチップ(NoC)などのネットワークの生成および合成のためのツールによって実施されるシステム並びに方法を提供する。
【解決手段】NoC100は、ノードのセット及びエッジのセット並びにエンドポイントを含み、ネットワークインターフェースユニット(NIU)、ノード/スイッチ114～122、アダプタ及びバッファなどの基本ネットワーク機能で互いに通信するために、NoCに特有の内部トランスポートプロトコルを使用する。NIUは、付属のシステムオンチップユニットが使用するプロトコルを、前記トランスポートプロトコルに変換する。スイッチは、送信元と宛先との間でトラフィックのフローをルーティングする。バッファは、高速送信機と低速受信機との間のレート適応に対処するためにパケットを記憶する。アダプタは、データ幅ドメイン、クロックドメイン及び電力ドメイン間の様々な変換を処理する。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
性能制約を使用してネットワークオンチップ（NoC：network－on－chip）トポロジを生成するためのツールであって、前記ツールは、コードを記憶するための非一時的コンピュータ可読媒体を含み、前記コードは、１つまたは複数のプロセッサによって実行されると、前記ツールに、
イニシエータとターゲットとの間の複数の接続について識別されるトラフィック分類を受信することと、
複数の予め定義されたトラフィックパターンから選択されるトラフィックパターンのセットを受信することと、
前記トラフィック分類に含まれる接続のセットに基づいて複数のシナリオを生成するために、前記イニシエータと前記ターゲットとの間の前記接続のセットを分析することと、
前記性能制約を維持しながら前記NoCを増分的に修正するために、前記複数のシナリオの各々を用いて前記NoCを改変するために、前記複数のシナリオを使用することと
を行わせる、ツール。
続きを表示（約 460 文字）【請求項２】
前記複数の予め定義されたトラフィックパターンは、前記トラフィック分類およびイニシエータ－ターゲット対に基づいて前記ツールによって生成される、請求項１に記載のツール。
【請求項３】
並列通信経路を生成することを含むように前記接続のセットから選択される少なくとも１つの接続の少なくとも１つのセグメントを修正することをさらに行わされる、請求項１に記載のツール。
【請求項４】
前記接続のセットが、各接続の性能要件を含む、請求項１に記載のツール。
【請求項５】
前記性能制約が、クロック要件および帯域幅要件を含む、請求項１に記載のツール。
【請求項６】
前記ツールが、
少なくとも１つのセグメント内に配置されている少なくとも１つのチャネルを識別することと、
前記少なくとも１つのチャネルを使用して前記NoCを増分的に修正して性能要件を満たす前記NoCの認証構成をもたらすことと
を行わされる、請求項１に記載のツール。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、Amir CHARIFらによって２０２３年１０月４日に出願された「SYSTEM AND METHOD FOR GENERATION OF NETWORKS－ON－CHIP（NoC）」と題する米国特許仮出願第６３／５４２，５５２号の優先権を主張するものであり、その全開示は参照により本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 6,000 文字）【０００２】
技術分野
本技術は、電子設計ツールの分野にあり、より詳細には、ネットワークオンチップ（NoC：network－on－chip）を生成することに関する。
【背景技術】
【０００３】
背景
１つまたは複数のネットワークオンチップ（NoC：network－on－chip）を通じて通信するマルチプロセッサシステムが、システムオンチップ（SoC：systems－on－chip）内に実装されるようになっている。SoCは、NoCを使用して通信する知的財産（IP：intellectual property）のインスタンスを含む。IPの例は、イニシエータおよびターゲットを含む。イニシエータは、トランザクションとすることができるデータをターゲットに送信する。パケットの形態のトランザクションは、業界標準プロトコルを使用して、イニシエータから１つまたは複数のターゲットに送信される。ネットワークインターフェースユニット（NIU：network interface unit）を通じてNoCに接続されているイニシエータは、ターゲットを選択するためにアドレスを使用して、ターゲットに要求トランザクションを送信する。NoCは、アドレスを復号し、イニシエータからターゲットへ要求を転送する。ターゲットはトランザクションを処理し、NoCによってイニシエータに転送し戻される応答トランザクションを送信する。NoCは、SoCのためのスケーラブルな通信アーキテクチャを設計するための例である。設計用途においてNoCを使用するとき、ネットワークにおいてデッドロックをもたらす条件を排除することがより望ましい。現在、ルーティングデッドロックによってメッセージの遅延を発生させることなく、複数の経路が宛先に向けられることを容易にするために、データ処理ノードのアレイを通じてメッセージをルーティングすることが知られている。特定用途向けNoCを設計する際の重要な態様は、最小の電力および面積オーバーヘッドを使用したより望ましいデッドロックフリー動作である。NoCにおいて発生することが知られている２つの主なタイプのデッドロックがある。第１のタイプのデッドロックは、ルーティング依存デッドロックである。第２のタイプのデッドロックは、メッセージ依存デッドロックである。
【０００４】
送信元と宛先との間の接続性およびレイテンシ、様々な要素の周波数、NoC論理に利用可能な最大面積、送信元と宛先との間の最小スループット、NoCに取り付けられた要素のフロアプラン上の位置などの性能要件の所与のセットについて、最小量の論理およびワイヤですべての要件を満たす最適なNoCを作成することは複雑なタスクである。これは典型的には、この最適なNoCを作成するためのチップアーキテクトまたはチップ設計者の仕事であり、これは困難で時間のかかるタスクである。これが困難な作業であることに加えて、NoCの設計は、通常、チップのフロアプランの改変または期待される性能に影響を与える改変など、要件の１つが変化するたびに修正される。結果として、このタスクは、チップの設計時間にわたって頻繁に再実行される必要がある。このプロセスは時間がかかり、製造遅延をもたらす。したがって、要件として列挙される制約のセットおよび要素入力のセットからNoCを効率的に生成するためのシステムおよび方法が必要とされている。システムは、制約を満たし、そのすべての要素がチップのフロアプラン上に配置されたNoCを生成する必要がある。
【０００５】
既存のトポロジを再使用することは困難であり、配線と関連付けられる製造コストは高価であるため、既存のNoCにおける新たな接続のNoC合成中に現在の問題が存在する。存在する１つの問題は、既存のNoCが入力として与えられたいくつかの通信シナリオに対応するのに十分な帯域幅を提供することを検証することである。別の問題は、入力として与えることができるいくつかの通信シナリオに対応するのに十分な帯域幅を確実に有するように、NoCを最適な方法で自動的に構成することができるツールがないことである。
【０００６】
NoCトポロジが合成されるときに別の問題が存在し（最初にすべての性能シナリオを知っていても）、構成プロセスは、いくつかのユーザ提供の性能シナリオの実行をサポートするための解決策を見つけることを保証されない。新たに作成されたNoC（トポロジ合成によって生成されるか、または手動で作成される）は、シナリオによって生成された負荷をサポートしない場合がある。
【０００７】
設計者が、性能制約を使用してトポロジの形状を駆動するために、所与の速度で並行して行われる通信のセットであるシナリオのセットを定義することによってNoC生成ツールまたはトポロジ合成プロセスに性能要件を提供するときに、特定のトラフィック分布を取得するために必要なシナリオのすべてを定義することは困難で時間がかかり、入力することが非常に困難であるという、別の問題が存在する。
【０００８】
環境NoC合成を実施するときに生じる別の問題は、仕様変更後に発生する。例えば、新たな接続が追加されると、以前の結果が上書きされる。したがって、ルーティング依存デッドロックとメッセージ依存デッドロックの両方を回避し、NoC設計フローのトポロジ合成フェーズと統合される、NoCを設計するための方法が必要とされている。トポロジ合成中のデッドロック回避課題を考慮すると、デッドロック回避課題が別々に管理される従来の方法と比較して、より望ましいNoC設計が達成され得る。さらに、以前の結果を上書きすることなく新たな接続を追加することが必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
概要
本発明の様々な実施形態および態様によれば、デッドロックを回避しながら、定義された制約を満たすすべての要素を有するNoCを生産または生成するために、制約および入力のセットを使用してネットワークオンチップ（NoC：network－on－chip）を生成するシステムおよび方法が開示される。NoCの要素は、チップのフロアプラン上に配置される。本発明の利点は、設計プロセスおよびチップアーキテクトまたは設計者の作業の単純化である。別の利点は、NoC生成または合成方法が、NoCが一度に１つの接続を生成または合成される増分的設計を有することである。特に、送信元－宛先対のノードのセットおよび各新たな接続は、既存の接続のセットを入力として取ることによって合成される。限定されるものではないが、スイッチおよび／またはリンクを含む新たな構成要素は、送信元から宛先までのネットワークルートを定義するために新たな接続を合成するときに作成され得る。宛先が、限定ではないがトラバースされる構成要素のリストであることを含むことは、本発明の範囲内である。さらに、限定ではないがクロックおよび／またはデータ幅を含む新たに作成された構成要素を構成することは、新たな接続を合成するときに重要な態様である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
NoCを作成する様々な要素を含むネットワークオンチップ（NoC：network－on－chip）の論理図である。
ネットワークのフロアプランに要素を配置したNoCを示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、制約のセットに基づいてNoC記述を生成するための方法を示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態によるNoC合成ツールのブロック図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、閉塞領域およびNoCとの界面の位置を有するチップのフロアプランのグラフィック図である。
本発明の様々な態様および実施形態によるNoCの接続表を示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、読み出しおよび書き込みトランザクションのスループット定義を有するシナリオ表を示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、３つのトラフィッククラスを有するネットワークの作成を示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、マージャおよびスプリッタを用いた図６のネットワークの分解を示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、図６のネットワークの１つのイニシエータのフロアプランにおけるロードマップを示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、図６のネットワークの１つのターゲットのフロアプランにおけるロードマップを示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、図８のロードマップに沿って物理的に分散されたスプリッタのカスケードへのメインノードスプリッタの分解を示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、図９のロードマップに沿って物理的に分散されたマージャのカスケードへのメインノードマージャの分解を示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、近接してマージされた２つのノードの一例を示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、セグメントおよびターンのデッドロックフリーネットワークを有するフロアプラン上のNoCトポロジを示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、分割されているセグメント「S」～「D」を有するフロアプラン上のNoCトポロジを示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、２つの新たなサブセグメント「S」～「N」および「N」～「D」を使用するように更新された分割セグメント「S」～「D」を有するフロアプラン上のNoCトポロジを示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、分割セグメントにマージされているサブセグメント「N」および「S」を有するフロアプラン上のNoCトポロジを示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、分割セグメントに分岐されているノード「N」とノード「S」との間のチャネルによって表されるサブセグメントを有するフロアプラン上のNoCトポロジを示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、単一接続NoCトポロジ合成処理のための方法を示すフローチャートである。
本発明の様々な態様および実施形態による、ノード「S」をノード「D」に接続する要求を有するフロアプラン上のNoCトポロジを示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、新たな入口セグメント、新たな内部セグメント、および既存の出口セグメントを有する「S」から「D」へのルーティング構成の増分的合成結果を有するフロアプラン上のNoCトポロジを示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、ベストエフォート性能でワイヤ長を最適化することを目的とする通信ポリシ１７００を有するフロアプラン上のNoCトポロジを示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、低レイテンシ通信を目的とする通信ポリシ１７１０を有するフロアプラン上のNoCトポロジを示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、ノード「S」からノード「D」に接続されているセグメントの初期セットアップのための増分的合成モード１８００を示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、最小の変化であるパラメータを有するセグメントの物理的不変性のための増分的合成モード１８１０を示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、トポロジを最適化し構成を保持するパラメータを有するセグメントの論理的不変性のための増分的合成モード１８２０を示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、トポロジを最適化し構成を適合させるパラメータを有するネットワーク要素の可変性のための増分的合成モード１８３０を示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、メッシュカスタムサブネットワーク記述に基づくNoC合成のプロセスを示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、NoC構成をチェックするためのプロセスを示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、NoCを構成するためのプロセスを示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、NoCを使用する接続性の様々なシナリオを有する表を示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、設計ツールへの物理的配置入力を伴うプロセスを示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、設計ツールへのクロック制約入力を伴うプロセスを示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、設計ツールへの入力を伴うプロセスを示す図である。
セグメントを共有するIPブロック間のNoCトポロジの一部を示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、図２０の共有セグメントを変更するプロセスのステップを示す。
本発明の様々な態様および実施形態による、図２０の共有セグメントを変更するプロセスのステップを示す。
本発明の様々な態様および実施形態による、図２０の共有セグメントを変更するプロセスのステップを示す。
ワイヤコストを低減するためにいくつかのイニシエータ間で共有されるセグメントを有するNoCトポロジを示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態に従って作成およびラベル付けされた共有されているセグメントを有するトポロジ生成ツールのグラフィカルユーザインターフェースを示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、トポロジ生成ツールによって使用されるNoCのための可能なシナリオを示す図である。
本発明の様々な態様および実施形態による、トポロジ生成ツールによってNoCのトポロジ内に作成される新たなチャネルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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