Network-on-Chip is an alternative paradigm to improve communication bandwidth compared to bus-based communication, and its performance degrades if there is no effective flow control method. Heterogeneous networks with very slow processing elements especially need a flow control mechanism at the transport layer to prevent too much packet injection. In this thesis, a credit-based end-to-end flow control (CB-EEFC) is implemented to control the network latency at high traffic loads. Simulation in mesh networks shows improved performance in latency and 0.5%~3% saturated throughput decrease with the CB-EEFC method. RTL gate level simulation shows that a network interface using CB-EEFC brings about a 12.9% increase in complexity compared to a network interface without CB-EEFC.
네트워크 온 칩(Network-on-Chip)은 많은 수의 하드웨어 구성요소들을 연결할 때, 공유버스를 사용하지 않고 네트워크를 사용하여 그 통신 대역폭을 늘리는 기술이다. 그런데 이 네트워크 온 칩 구조상에서 효율적인 흐름제어 기법이 없을 경우 전체 네트워크 성능은 크게 저하되게 된다. 특히 처리속도가 매우 느린 하드웨어 구성요소까지 갖는 구조인 경우 네트워크가 수용할수 없는 양의 데이터가 유입되게 되며, 이를 막기 위하여 전송계층에서의 흐름제어 기법이 요구된다. 이러한 흐름제어 기법 중 가장 널리 알려진 것이 크레딧 기반 흐름제어 기법 (credit-based end-to-end flow control (CB-EEFC)) 이다.
CB-EEFC 에서는 스페이스(space) 정보가 각 통신 채널마다 데이터 발신지에 존재하며 이 정보가 데이터의 도착지의 버퍼 상태를 저장하고 이를 넘는 양의 데이터 전송을 막게 된다. 따라서 하나의 데이터가 네트워크를 통하여 전송되면 이 스페이스 정보는 하나 감소하게 되며, 도착지에서 데이터를 처리하고 크레딧 정보를 발신지로 되돌려 보내면 발신지의 스페이스 정보가 증가하게 된다.
이러한 CB-EEFC 기법은 그 구현에 있어서 네트워크 인터페이스 구조에 주로 영향을 주며 네트워크 인터페이스는 하드웨어 구성요소와 패킷교환방식의 네트워크를 연결하는 역할을 한다. CB-EEFC 기법이 없을 때와의 가장 큰 차이점은 CB-EEFC 의 경우 채널마다 버퍼를 가지고 있고, 이 버퍼들의 중재를 위한 모듈, 그리고 스페이스와 크레딧 정보를 관리하는 부분을 가진다는 점이다.
Mesh 구조에서의 네트워크 성능은 간단한 수식에 따라 계산해 볼 수 있으며 그 결과 CB-EEFC 를 사용함으로써 8~100% 의 네트워크 지연시간의 절감 효과를 예측할 수 있다. 이 수치는 네트워크 이용률이 최고인 상태를 기준으로 한다.
실험을 위하여 CB-EEFC 를 사용하는 네트워크 인터페이스와 라우터 등이 RTL 로 구현되었으며, 이에 따르면 CB-EEFC 를 사용에 의한 네트워크 지연시간은 수식상으로 예측된 수치에 근접한다. CB-EEFC 의 사용여부에 따른 네트워크 처리량 (Throughput) 관점에서, 크레딧 정보에 의한 처리량 감소는 0.5~3% 정도로 매우 적음을 확인 할 수 있다. 또한 CB-EEFC 사용에 따른 네트워크 인터페이스 복잡도 증가는 12.9% 정도이다.
따라서 CB-EEFC 흐름제어 기법은 네트워크 온 칩 상에서 처리속도가 매우 느린 구성요소가 있을 경우 유용하게 사용될 수 있다.
