Accueil du site > Vie de la recherche > Actualités scientifiques




Recherchez sur ce site


Des puces communicantes pleines de ressources

Le green computing, à l’honneur ce mois-ci suite à la International Green Computing Conference (IGCC’14), et qui vise à réduire l’empreinte écologique de l’informatique, est souvent matérialisé par une série de petites avancées environnementales. Des chercheurs poursuivent par exemple l’objectif de doter les moyens de communication intra-puce de capacités d’adaptation, afin de mieux exploiter les ressources de communication à chaque instant, suivant la demande en termes de communication de chaque grappe de processeurs.

La tendance actuelle dans la conception de systèmes sur puces (SoC pour Systems on Chip, ou NoC pour Networks on Chip) est d’intégrer un très grand nombre d’unités de calcul et de mémoires sur une seule puce. Les possibilités de cette intégration poussée permettent aujourd’hui d’envisager le développement d’une électronique offrant une multitude de services. Néanmoins le cadre du green computing impose à ces architectures de nouveaux challenges concernant les interconnexions entre les unités de calcul. En effet, pour les futures générations technologiques, la mise à l’échelle impactera lourdement les performances des interconnexions globales en termes de débit, de latence et de consommation.

Aujourd’hui, les solutions proposées ne permettent pas de résoudre les problèmes de contention des ressources de communication inhérentes au NoC. Les communications ont des délais non-déterministes et les performances du système sont dégradées (latence, débit, consommation, congestion, overhead, etc.). Les premiers NoC proposés utilisaient des technologies filaires classiques et des communications par routage de paquets. Ces solutions sont intéressantes en terme de bande passante, elles le sont moins en terme de latence. D’autres solutions utilisant des nouvelles technologies ont donc été́ proposées. Si les NoC filaires ou utilisant de nouvelles technologies apportent une amélioration de la bande passante et/ou de la latence, ce ne sont pas les seuls critères à prendre en compte. Il faut aussi tenir compte de l’hétérogénéité spatiale et temporelle des communications au sein d’un MPSoC, hétérogénéité provoquée par l’exécution d’applications non régulières ou tout simplement de plusieurs applications différentes en même temps. Dans ce contexte, nous proposons de développer une nouvelle architecture d’interconnexion RF – WiNoCoD - permettant une transmission simultanée sur plusieurs canaux – OFMDA, et d’utiliser des mécanismes d’allocation dynamique des bandes de fréquences disponibles, à la demande.

L’approche WiNoCoD (projet entre l’Équipe Traitement de l’Information et Systèmes (ETIS, CNRS/ENSEA), le Laboratoire d’informatique de Paris 6 (LIP6, CNRS/UPMC), Supélec et la société NXP Semiconductors) vise intrinsèquement à doter les moyens de communication intra-puce de capacités d’adaptation afin de mieux exploiter les ressources de communication à chaque instant, suivant la demande en termes de communication de chaque grappe de processeur. Pour cela, l’architecture en cours de développement avec NXP Semiconductors peut être décomposée en deux couches. Une couche de calcul qui est composée de 4096 processeurs MIPS 32 bits organisés en grappes de 32 processeurs et une couche de communication comportant les mécanismes d’accès au guide d’onde et de contrôle des communications.

Le concept WiNoCoD

Cette architecture présente plusieurs avantages. Le premier est l’optimisation des ressources. Elle permet est de pouvoir exploiter toutes les ressources de communication dès qu’elles sont nécessaires et ainsi d’éviter le gaspillage des ressources. Cela offre deux avantages par rapport à une approche d’allocation plus statique où un jeu de ressources de communications fixes est alloué à chaque grappe de processeurs comme dans les NoC optiques ou d’autres NoC radiofréquences. Premièrement, nous avons démontré qu’une ré-allocation temporaire des ressources de communication entre les grappes permet de diminuer le retard moyen, ainsi que le retard maximal, de livraison des données. Deuxièmement, et c’est encore plus bénéfique, on corrige le cas où l’une des grappes sature les ressources qui lui sont allouées sans pouvoir utiliser celles des autres même lorsqu’elles sont inutilisées. Ainsi en évitant que des ressources restent inutilisées, l’approche WiNoCoD améliore l’utilisation des ressources énergétiques.

Le second avantage est la flexibilité. La flexibilité peut également être exploitée au niveau de l’allocation du débit à chaque sous-porteuse ou groupe de sous-porteuses. L’approche WiNoCoD permet en effet l’adaptation de l’ordre de modulation au débit exigé par chaque grappe en faisant le choix de l’ordre le plus petit permettant d’assurer la transmission sous contrainte de retard moyen de livraison. En effet, transmettre à un ordre de modulation plus élevé d’un facteur X (2 pour passer de QPSK à 16-QAM, 3 pour passer de QPSK à 64-QAM) permet d’augmenter linéairement le débit d’un facteur X, tandis que la consommation augmente exponentiellement pour un taux d’erreur donné. La décision pour augmenter l’ordre de modulation doit être gérée intelligemment pour éviter une consommation excessive d’énergie. La flexibilité est accessible notamment grâce à une approche de radio intelligente, qui vise à adapter en temps-réel les paramètres d’un système radio afin d’améliorer les performances de celle-ci. Dans une perspective d’amélioration de la consommation, on parle d’éco-radio ou green radio en anglais.

Si les apports mentionnés de ce nouveau concept de NoC radiofréquence restent à confirmer par les mesures expérimentales sur les circuits en cours de développement, il offre de réelles perspectives dans le green computing et dans la définition de nouveaux protocoles de communications.