Mixed Integer Linear Programming을 이용한 온칩 크로스바 네트워크 토폴로지 합성

전민제; 정의영

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전민제 (연세대학교)
정의영 (연세대학교)

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SoC내의 IP 개수 및 데이터 통신량이 증가함에 따라 온칩 크로스바 네트워크가 SoC의 중추 연결망으로서 널리 사용되어지고 있다. 온칩 크로스바 네트워크는 여러 개의 크로스바 스위치들과 이들간의 연결로 이루어지는데, 시스템의 복잡도가 증가함에 따라 IP들과 스위치들간의 연결 형태를 결정하는 것, 즉 토폴로지를 결정하는 것이 점점 복잡해지고 있다. 이 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 목표 시스템의 칩내 통신 특성을 고려하여 최적의 온칩 크로스바 네트워크의 토폴로지를 찾아주는 방법을 제안한다. 제안하는 토폴로지 합성 방법은 mixed integer linear programming(MIILP)를 이용하여 다른 휴리스틱 합성방법과 달리 전역 최적점(global optimum)을 찾을 수 있는 장점이 있다. 또한, 기존에 제안 되었던 MILP를 이용한 토폴로지 합성 방법들이 토폴로지를 표현하는데 IP 노드들과 스위치들 간의 인접 행렬들을 이용했던 것과 달리, 본 논문에서는 IP들 간 통신을 표현하는 엣지들을 기본으로 하는 새로운 표현 방식을 제안한다. 실험 결과 본 논문에서 제안하는 새로운 MILP 표현방식을 이용할 경우 기존 MILP 표현 방식을 이용했을 때보다 4개의 예제들에 대해 합성 속도가 평균 77.1 배 향상되었다.

As the number of IPs and the communication volume among them have constantly increased, on-chip crossbar network is now the most widely-used on-chip communication backbone of contemporary SoCs. The on-chip crossbar network consists of multiple crossbars and the connections among the IPs and the crossbars. As the complexity of SoCs increases, it has also become more and more complex to determine the topology of the crossbar network. To tackle this problem, this paper proposes an on-chip crossbar network topology method for application-specific systems. The proposed method uses mixed integer linear programming to solve the topology synthesis problem, thus the global optimality is guaranteed. Unlike the previous MILP-based methods which represent the topology with adjacency matrixes of IPs and crossbar switches, the proposed method uses the communication edges among IPs as the basic element of the representation. The experimental results show that the proposed MILP formulation outperforms the previous one by improving the synthesis speed by 77.1 times on average, for 4 realistic benchmarks.

#크로스바 #온칩 네트워크 #토폴로지 #mixed integer linear programming