تطوير خوارزميات التوجيه التكيفية في شبكات الشرائح الثلاثية الأبعاد

اسم الباحث:

عزيز جرجس جروج

عنوان البحث:

تطوير خوارزميات التوجيه التكيفية في شبكات الشرائح الثلاثية الأبعاد

عنوان البحث باللغة الانكليزية :

Developing Adaptive Routing Algorithms in Three Dimensional Networks on Chips (3D-NoCs)

اسم المشرف :

الأستاذ الدكتور المهندس إبراهيم الشامي

العام:2024

القسم:هندسة التحكم الآلي والحواسيب

الملخص:

تعدُّ الروابط العقبة الرئيسة في أداء الأنظمة المدمجة على الشرائح SoCs (System on Chips) إذ لم تعد الأنظمة التقليدية القائمة على الممرات بنية موثوقة بسبب نقص قابلية التوسع وانخفاض الإنتاجية. نتيجة لذلك تم اقتراح الشبكة على الشريحة NoC (Network on Chip) التي توفر قابلية توسع أكبر من التوصيل البيني القائم على الناقل المشترك وتسمح لمزيد من المعالجات بالعمل في الوقت نفسه. وبسبب بعض القيود مثل ارتفاع استهلاك الطاقة والتوصيل عالي التكلفة وانخفاض الإنتاجية، تم اقتراح الشبكات ثلاثية الأبعاد 3D-NoCs للتعامل مع هذه المشكلات إذ يوفر هذا الحل تقليل استهلاك الطاقة وسرعة أعلى.

يعد TSV (Through Silicon Via) الطريقة الأكثر شيوعًا لتنفيذ الروابط الرأسية في الشبكات ثلاثية الأبعاد. ومع ذلك توجد صعوبات على المستوى التكنولوجي لضمان إنتاج عدد مقبول من الروابط الرأسية. لذلك غالبًا ما يكون عرض الحزمة للوصلات الرأسية أصغر مما هي عليه في الروابط الأفقية، مما يشكل عنق الزجاجة للنظام بأكمله. يمكن لخوارزمية التوجيه أن تلعب دوراً هاماً في تحسين الأداء عن طريق توزيع الحمل على كامل الشبكة.

يقدم هذا العمل تعديلاً على خوارزمية التوجيه TDAR (Traffic Distribution Adaptive Routing) في شبكة ثلاثية الأبعاد متجانسة 4x4x4 كاملة الاتصال إذ يتم اختصار بعض الأوزان وتخفيض عدد العمليات الحسابية اللازمة لتحديد الاتجاه التالي وبالتالي تصبح الخوارزمية المعدلة أقل تعقيداً مكانياً من خوارزمية TDAR وتم الحصول باستخدام محاكي Access Noxim على تفوق في الأداء الوسطي 0.5% و 0.287% في ظل حركة المرور العشوائية الموحدة وحركة مرور النقطة الساخنة على التولي، كما أنها ذات استهلاك طاقة وسطي أقل بنسبة 1.37% و 44.315% في ظل حركة المرور العشوائية الموحدة وحركة مرور انعكاس البت على التوالي، لكنها ذات أداء وسطي أقل من خوارزمية TDAR بالنسبة لنمط حركة مرور انعكاس البت بنسبة 6.43% واستهلاك طاقة أعلى بنسبة 11.6% بالنسبة لنمط حركة مرور النقطة الساخنة. كما يعتبر مجال حقن الرزم من 0.05 حتى 0.2 هو المجال الأمثل للخوارزمية المعدلة.

 الكلمات المفتاحية:

شبكات الشرائح ثلاثية الأبعاد، التوجيه التكيفي، تكديس الطبقات، روابط السيليكون العمودية.

التحميل