[REDES DE TELECOMUNICACIONES] Resumen NS-2 (Network Simulator)

Usando el Simulador de Redes NS-2 para Evaluar la Red en Chips (NoC)

Muhammad Ali, Michael Welzl, Awais Adnan, Farrukh Nadeem

1. Introducción:

En estos días, la tecnología de los chips ha llegado a un nivel en el que sistemas completos pueden ser integrados en ellos, son arquitecturas con diseños llamados VLSI (Very-large-scale integration). Estos chips son llamados SoC (System on a Chip) primariamente usados en sistemas integrados.

De acuerdo con la ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) antes del fin de la década, los chips serán diseñados con millones de transistores. En el futuro cercano los chips serán de Circuitos Integrados para Aplicaciones Especificas (ASIC) que comprometerán miles de componentes heterogeneos integrados todos juntos para proveer funcionalidad completa a una aplicación.

Sin embargo, desarrollar estos chips no es una tarea fácil, debido a que el numero de transistores crece por chip, integran una gran complejidad.

La idea es conectar diferentes recursos en un chip a través de una red donde la comunicación toma lugar en lugar de conectar recursos usando cables dedicados.

NS-2 es un simulador open source orientado a objetos y eventos discretos, escrito en C++ y PTcl. Es una herramienta muy usada para simular pequeñas y grandes redes Debido a que los chips NoC presentan muchas similitudes con las redes, NS-2 ha sido de elección para simular redes NoC.

2. Network on a Chip (NoC)

NoC ha sido una propuesta alternativa viable para los buses ineficientes de los SoC's de hoy en dia. Los NoC son vistos como una colección de recursos computacionales conectados a través de una red donde se comunican usando paquetes. Muchas topologías se han `propuesto para los NoC's incluyendo ""D mesh", "fat tree", "honeycomb".

Debido a que NoC está compuesto por diferentes marcas con sus propias propiedades intelectuales, una interface de red (NI) para este tipo de infraestructura necesita actuar como una capa media que transforme flujos de datos de los recursos en paquetes antes de ser enviados al "router" y viceversa. Cuando un recurso necesita enviar algo, inicia transmitiendo la información al NI, que crea los paquetes de tamaños predefinidos. Los routers verifican las direcciones de destino y envían el paquete de acuerdo a esos datos.

3. NoC's y Redes: Similitudes

Es difícil mantener la sincronia global con varios componentes en un chip usando un solo reloj. Para eso, se utilizarán GALS (Globally Asynchronous Local Synchronous) que son modelos de reloj para realizar comunicaciones entre componentes.

Antes de empezar en el desafio, se propone un protocolo de 5 capas para gobernar la comunicación en un NoC, en comparación con el modelo OSI.

Las características de los NoC están influenciadas por las redes computacionales.

Los autores han realizado simulaciones con NS-2 y "chpsim" para varias topologías y patrones de trafico. Su argumento está basado en el hecho de que dibido a la escalabilidad de los chips, los SOC's son asíncronos, y por lo tanto operaciones "on-chip" pueden ser de eventos direccionados en lugar de controlados por una sola señal de reloj.

4. NoC's y Redes: Diferencias

La diferencia primaria entre redes y los NoC's es el tamaño. Las redes pueden alcanzar un tamaño desde un pequeño cuarto hasta una ciudad entera, además de el mundo entero (internet). Los NoC's son de unos 50 a 60 nanómetros hechos de silicón Lo que da pequeños problemas, por ejemplo, un buffer tiene que ser de tamaño limitado en estos chips

Mientras que las redes pueden llegar a consumir grandes cantidades de energía, los chips solo podrían consumir pequeñas cantidades de energía.

5. Simulando NoC's con NS-2

Un diseño de SoC involucra tres estados; Diseño de comportamiento, Diseño estructural, Diseño físico.

El diseño de comportamiento especifica la funcionalidad de el sistema a un alto nivel de abstracción, mientras que el diseño estructural y el diseño físico reduce la misma a un nivel de "compuertas lógicas" y nivel de transistores.

En el diseño de comportamiento, un SoC está realizado como una colección de componentes que son modelados como bloques y conexiones junto con los protocolos que gobiernan la comunicación.

6. Limitacones

Mientras que NS-2 es mejor para simular un NoC a nivel de comportamiento, no es posible obtener una vista del diseño estructural y físico.

Sin embargo existe software como VHDL que se ha utilizado para sintetizar chips y hacer casos de estudio de estos a un nivel de compuertas lógicas.

Este modelo aún esta en experimentación y cada vez hay mas propuestas para protocolos de comunicación a este nivel. Por ahora solo queda seguir con las simulaciones y perfeccionarlas.

Fuente:
http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4136934