Monitoramento da entrega de pacotes em redes intra-chip

Abstract

Sistemas intra-chip ou SoC (acrônimo de System-on-Chip) com múltiplas unidade de processamento heterogêneas têm sido usados pela indústria de silício como solução para disponibilizar o desempenho demandado pelas aplicações modernas. Entretanto, a integração de um grande número de tais unidades de processamento impõem um desafio aos mecanismos de interconexão. Para contornar esta situação, a indústria vem utilizando redes intra-chip ou NoC (acrônimo de Networks-on-Chip), as quais utilizam de roteadores e conceitos provenientes das redes computacionais convencionais para interconectar as unidades de processamento de um SoC. De forma geral, os fluxos dessas redes são heterogêneos, divididos basicamente em dois tipos: aqueles de tempo real, provenientes de tarefas que demandam garantia da entrega dos pacotes, qualidade de serviço e tempo de execução rígido; os de melhor esforço, provenientes de tarefas que exigem tempo de execução menos rígido. A grande maioria das redes intra-chip publicadas até o momento visam prover uma latência mínima e previsível para os fluxos de tempo real, como é o caso da rede RTSNoC (acrônimo de Real-Time Network-on-Chip), uma rede que oferece garantia de vazão às aplicações de tempo real através da previsibilidade da latência de pior caso. A RTSNoC não provê qualidade de serviço quando utilizada em sistemas com uma quantidade maior de fluxos de melhor esforço e apenas melhora a latência média de tais fluxos. O aperfeiçoamento do desempenho desta rede em aplicações onde a maioria dos fluxos são de melhor esforço pode ser atingida pelo uso de métodos otimizadores, algoritmos de roteamento adaptativos ou da computação reconfigurável atuando na redistribuição das unidades de processamento interconectadas aos roteadores. Tais métodos necessitam, inicialmente, serem alimentados constantemente com informações do tráfego da rede, obtidas por um sistema apto a monitorar a entrega dos pacotes, para só então operacionalizar alterações na rede em tempo de execução. Dito isso, o presente trabalho objetiva introduzir ao projeto da RTSNoC o conceito de observabilidade computacional através do desenvolvimento de um sistema de monitoramento da entrega dos pacotes para aquela rede.

Systems with multiple heterogeneous processing units, also known as Systems-on-Chip (SoC), have been used by the silicon industry as a solution to deliver the high performance demanded by modern applications. However, the integration of a large number of such processing units poses a challenge to the interconnection mechanisms. The industry has been using Networks-on-Chip (NoC) to solve this problem, an approach that uses routers and concepts from conventional computational networks to interconnect the processing units of a SoC. In general, a flow of these networks can be divided into two types: those of real-time coming from tasks that demand assurance of package delivery, quality of service, and hard execution time; best-effort flows that come from soft tasks, which does not demand such requirements. So far, many of the published NoCs aim to provide a minimum and predictable latency for real-time flows, such as the RTSNoC, a network-on-chip that gives throughput guarantee to real-time systems by using the technique of worst-case latency predictability. The RTSNoC does not offer a quality of service when used in applications with a higher amount of best-effort flows and only improves the average latency of those flows. To achieve a level of performance improvement on applications that have a best-effort flows dominance that NoC could use optimization methods, adaptive routing algorithms or reconfigurable computing by redistributing the interconnected processing units at runtime. Such methods need to be continuously fed with information about the network traffic obtained by a system able to monitor the packet delivery. Within that said, the present work aims to introduce to the RTSNoC project the concept of computational observability by developing a system who would be able to monitor and get information about the delivery of packages on that network.