Définitions et état de l’art sur les réseaux sur puce

Depuis quelques années, les interconnexions sur puce sont devenues une pro- blématique à part entière dans le champ de la conception des SoC. La première raison évidente de l’apparition de cette problématique est bien la complexité des architectures des SoC. En effet, les premiers systèmes sur puce étaient constitués de quelques blocs fonctionnels uniquement, à savoir, un processeur ou un DSP 1, un système mémoire et quelques interfaces pour connecter des périphériques. De- puis quelques années, cette architecture a très rapidement évolué pour céder face aux architectures à multi-cœur, en l’occurrence les MPSoC (Figure 1.1) avec au départ des configurations à quelques dizaines de cœurs, principalement des blocs de calcul [Vangal 08]. Ensuite des SoC à des centaines de cœurs, voire des milliers [Johnson 11], ont commencé à apparaître. Face à cette évolution d’architecture, un réseau de communication sur puce qui doit être à la fois suffisamment évolutif (sca- lable) et pouvant atteindre les performances requises pour ce type de SoC, est plus que jamais indispensable.A travers le contenu de ce chapitre, dans un premier temps, nous rappelons les métriques permettant l’évaluation des performances des interconnexions sur puce. Ensuite, les concepts généraux avec l’état de l’art sur les interconnexions classiques sont exposés. Dans un deuxième temps, une prospection des réseaux sur puces émer- gents est effectuée.

A l’instar des paramètres généralistes qui permettent de caractériser et d’évaluer les performances des réseaux sur puce tels que la scalabilité ou le taux d’erreur binaire, il existe d’autres métriques plus raffinées dont quelques unes sont citées ci dessous. La latence est définie comme étant le temps qui sépare le moment d’émission d’une donnée à travers le réseau et le moment de réception de celle-ci par le des- tinataire. Ce délai englobe le temps de propagation à travers le lien physique (bus ou autre) ainsi que le temps de traitement au niveau de l’émetteur, du récepteur et éventuellement des composants intermédiaires, tels que les routeurs. Cette mé- trique est à prendre en compte notamment pour les systèmes de communication avec signaux Requête/Confirmation avant l’envoi effectif des données. Dans certains cas, la latence est exprimée en nombre de cycles. La latence peut être mesurée dans différentes configurations du NoC. La latence à vide est mesurée en présence d’un seul message dans le réseau tandis que la latence moyenne est mesurée en présence de plusieurs messages sur le même réseau, ce qui caractérise la capacité du réseau de gérer le partage de ressources par plusieurs messages.

Le débit de données qualifie l’aptitude d’acheminement des messages du réseau. Il correspond à la quantité de données transmises à travers le réseau par unité de temps. Tout comme la latence, il est possible de définir un débit à vide ainsi qu’un débit moyen pour un réseau chargé. Il dépend de plusieurs paramètres comme la fréquence de fonctionnement, la bande passante du lien de communication ainsi que le temps de traitement au niveau de l’émetteur et du récepteur. Si le réseau sur puce est divisé en deux sous-parties égales, la bande passante de bissection indique la bande passante (débit) entre ces deux parties. L’axe de division doit être le plus court possible. Sa valeur est égale à la somme des bandes passantes (débits) des liens qu’il faut couper pour avoir cette division en deux du réseau sur puce[Coppola 08].Le point de saturation est le point séparant les deux zones de fonctionnement du réseau en terme de capacité à écouler les données y circulant. En effet, pour les taux d’injection des messages inférieurs au point de saturation, la latence reste prédictible et est raisonnable tandis qu’au delà du point de saturation la latence n’est plus prédictible et est très élevée et par conséquent n’est plus acceptable. Dans ce dernier cas, le réseau est dit saturé.