Разработка системного коммутатора для микропроцессора «MCST-4R» Выполнил: Студент 415 группы МФТИ Щербина Н.А. Научный руководитель: Черепанов С.А. Дипломная. - презентация

1 Разработка системного коммутатора для микропроцессора «MCST-4R» Выполнил: Студент 415 группы МФТИ Щербина Н.А. Научный руководитель: Черепанов С.А. Дипломная работа ЗАО «МЦСТ», 2010г.

2 Назначение системного коммутатора (СК) в МЦСТ-4R Обеспечение пакетного обмена между локальными абонентами –L2 кэш контроллером –контроллером когерентности, CC –IO-зондом, HB Поддержка организации 4-х процессорной CC NUMA системы, посредствам обмена через межсистемные LVDS каналы, IP Link IPCC – контролер канала межсистемного взаимодействия IOCC – контролер канала ввода/вывода Host Bridge – IO зонд

3 Основные требования Минимизация времени прохождения пакетов через СК –Обработка СК одиночных запросов в локальную память не более 3-х тактов –Максимальная задержка прохождения пакетов через СК при рабочей нагрузке (~16%) со стороны L2 – 5 тактов Тактовая частота 1ГГц Площадь не более 1мм2 Технология 90нм

4 Задачи СК Обслуживание абонентов согласно политике приоритетов Максимальная загрузка выходных портов Обеспечение независимости пакетных потоков между различными парами абонентов Обеспечение независимости потоков командных пакетов различного типа

5 Маршрут проектирования Решение задачи независимости потоков данных между различными парами абонентов Решение задачи независимости потоков командных пакетов различных типов Оптимизация коммутационной логики с целью обеспечения необходимой производительности при минимальных затратах оборудования

6 Выбор архитектуры коммутатора Решение задачи независимости потоков данных между различными парами абонентов

7 Cross-Point Buffers архитектура Достоинства –Высокая пропускная способность –Простота реализации –Решение задачи независимости потоков данных между различными парами абонентов –Подробное описание в литературе Недостатки –Большое количество требуемого оборудования –Неэффективное использование буферного пространства

8 Структура СК Распределение входных буферов соответственно группам абонентов- получателей. Критерий объединения в группы – скорость обработки получаемых запросов. Разбиение общей коммутационной логики на три независимых арбитра –арбитр доступа к L2 и CC –Арбитр доступа к HB (IO) –арбитр доступа к линкам Позволяет, не увеличивая длину внутреннего конвейера, достичь требуемой тактовой частоты

9 Организация внутренних очередей Входной буфер разбивается на три независимые очереди: –запросы –когерентные запросы –ответы Конфигурация происходит программным образом путем записи в соответствующие управляющие регистры, с целью обеспечить оптимальное разбиение входных буферов СК непосредственно в готовом кристалле Три внутренних конвейера для каждого типа командных пакетов Арбитр – обеспечивает доступ к общему каналу для передачи данных Решение задачи независимости потоков командных пакетов различных типов

10 Алгоритм работы арбитра (Входные данные) Арбитр линков Arb link (4 x 3) Источники запросов : 0 – L2, 1 – CC, 2 - IO, 3 – Link. Абоненты назначения: 0 – Link0, 1 – Link1, 2 - Link2. Пусть - матрица запросов i-го абонента, i = 0,1,2,3. Например Вектор запросов i-го источника в Link1 L2 подаёт запрос на отправку пакета 2-го типа в Link0

11 Алгоритм работы арбитра (Матрица запросов) Пусть - вектор возможности абонента принять пакеты трех типов,где j = 0,1,2. Например Можно получить матрицу запросов R, где R[i][j] – означает, что i-ый источник передает запрос на отправку какого-либо пакета j-ому абоненту., где Link0 способен принять пакет 0-го типа

12 Алгоритм работы арбитра (Задача назначения) Исходная задача сводится к задаче назначения. Дальнейший выбор типов пакетов осуществляется тремя Round-Robin арбитрами. Allocator IO подает запрос на отправку пакета в Link1 IO получает грант на отправку пакета в Link1

13 Система тестирования Формирование входного трафика, задаваемого некоторыми вероятностными параметрами Передача необходимых для измерений данных в полях пакетов, не используемых при штатной работе коммутационной среды Составление статистики прихода пакетов на выходы коммутационной среды

14 Система тестирования Простота реализации Тестирование коммутационной среды как на предмет ошибок, так и на производительность Возможность создания рабочих ситуаций, трудно реализуемых при верификации СК в составе всей системы При жестко фиксированных интерфейсах независимость от внутренней логики функционирования тестируемых модулей

15 Измерения производительности Время прохожденияПропускная способность Нагрузка, % Время прохождения, такт Пропускная способность, % Случай общей шины Случай отдельной шины на каждый тип пакета Разница в пропускной способности не более 6%

16 Результаты Разработан системный коммутатор для микропроцессора «МЦСТ-4R» –Проведя анализ известных архитектур коммутаторов, выбрана Cross-point buffers архитектура –Разработан механизм организации внутренних очередей –Получен алгоритм работы внутренних арбитров Создана rtl-модель системного коммутатора При предварительном синтезе в Design compiler получены следующие физические параметры устройства: –Критическая цепь 1.07нс –Площадь ~0.7мм2 Разработана система автономного тестирования СК –При последующей верификации устройства в составе всей системы в нем было обнаружено всего 3 ошибки На тестовом стенде были получены следующие параметры производительности СК –Время обработки одиночного запроса к локальным абонентам 3 такта –Максимальное время прохождения локального запроса при рабочей нагрузке (16%) - 4 такта. –Максимальная пропускная способность локальных каналов >40%. (Измерения производились при критическом целевом трафике!)

17 Спасибо за внимание!