Τα δίκτυα διασύνδεσης των ψηφιακών συστημάτων σε chip θεωρούνται κατάλληλη εφαρμογή για ασύγχρονη σχεδίαση, ώστε να αξιοποιηθούν τα πλεονεκτήματά της. Στην εργασία αυτή υλοποιήθηκε και μελετήθηκε το CHAIN, ένα ασύμμετρο, ασύγχρονο δίκτυο διασύνδεσης, χωρίς σταθερή τοπολογία που χρησιμοποιεί κωδικοποίηση δεδομένων one-hot (1-από-n). Η ταχύτητα λειτουργίας των δικτύων διασύνδεσης είναι άμεσα εξαρτώμενη από την χωροθέτηση και διασύνδεσή τους, οπότε η ανάπτυξη μοντέλων που θα εκτιμούν την απόδοσή τους πριν την υλοποίηση είναι επιθυμητή. Οι στόχοι της εργασίας είναι η αναλυτική μελέτη της απόδοσης του CHAIN και η ανάπτυξη μοντέλων για την αξιολόγηση της απόδοσης ασύγχρονων δικτύων διασύνδεσης. Μετά τη διαδικασία Χωροθέτησης και Διασύνδεσης του CHAIN με βιομηχανικής ποιότητας εργαλεία, αποδείχθηκε ότι στη βασική του υλοποίηση (κωδικοποίηση 1-από-4 και ένα επίπεδο) δεν είναι κατάλληλο για υψηλής ταχύτητας μεταδόσεις δεδομένων. Για τον λόγο αυτό εξετάστηκαν με την ίδια διαδικασία διάφορες εναλλακτικές υλοποιήσεις του, ώστε να συσχετιστεί το μήκος κωδικοποίησης που χρησιμοποιείται με τον χρόνο κύκλου του δικτύου. Συγκεκριμένα, μελετήθηκαν η αλλαγή του μήκους κωδικοποίησης και η υλοποίηση παράλληλων δικτύων για να βρεθεί πόσο επηρεάζεται ο χρόνος κύκλου. Τα μοντέλα που αναπτύχθηκαν για την εκτίμηση της απόδοσης προσομοιώνουν την πραγματική διαδικασία χωροθέτησης και διασύνδεσης του δικτύου, θεωρώντας ότι το εμβαδό των μονάδων του είναι κλιμακόμενο σε σχέση με την κωδικοποίηση. Το πρώτο από τα μοντέλα που υλοποιήθηκαν είναι ένα αναλυτικό μοντέλο που βασίζεται σε λογικές υποθέσεις σχετικά με τη χωροθέτηση και διασύνδεση των μονάδων του δικτύου. Το δεύτερο μοντέλο χρησιμοποιεί απλούς αλγορίθμους χωροθέτησης και διασύνδεσης ώστε να προσεγγίσει την πραγματική διαδικασία. Επιλέχθηκε ο αλγόριθμος Cluster Growth για τη χωροθέτηση και ο αλγόριθμος του Lee για τη διασύνδεση των μονάδων. Στη συνέχεια, γίνονται εκτιμήσεις του χρόνου κύκλου του δικτύου βασισμένες στην έννοια της πυκνότητας καναλιού και λαμβάνονται υπόψιν οι καθυστερήσεις των διασυνδέσεων. Το τρίτο μοντέλο χωροθετεί τυχαία τις μονάδες και ακολουθεί την πρηγούμενη διαδικασία για την εκτίμηση του χρόνου κύκλου. Το δεύτερο και τρίτο μοντέλο είναι πλήρως αυτοματοποιημένα και έχουν το πλεονέκτημα του πολύ μικρού χρόνου υπολογισμού. Στα πλαίσια της εργασίας τα μοντέλα εφαρμόστηκαν σε τυπικές τοπολογίες CHAIN, αλλά μπορούν να εφαρμοστούν γενικά σε οποιαδήποτε τοπολογία. Για να αξιολογηθεί η ακρίβεια και η ρεαλιστικότητα των μοντέλων που υλοποιήθηκαν, συγκρίνονται οι εκτιμήσεις τους για τον χρόνο κύκλου στις τοπολογίες CHAIN με τα αποτελέσματα της πραγματικής χωροθέτησης και διασύνδεσής τους. Τα αποτελέσματα της σύγκρισης δείχνουν ότι τα δύο πρώτα μοντέλα είναι αρκετά ακριβή για δίκτυα με πρακτικά μήκη κωδικοποίησης. Το τρίτο μοντέλο, λόγω του αλγορίθμου τυχαίας χωροθέτησης, δίνει λιγότερο ακριβείς εκτιμήσεις, καθώς δεν προσεγγίζει καλά την πραγματική χωροθέτηση του δικτύου. Το δεύτερο μοντέλο είναι το ρεαλιστικότερο και προσεγγίζει με μεγάλη ακρίβεια τα πραγματικά αποτελέσματα. Οπότε, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί γενικά για την εκτίμηση της απόδοσης ασύγχρονων δικτύων διασύνδεσης πριν αυτά υλοποιηθούν.
(EL)
Interconnection Networks of digital SoCs are considered an appropriate application for asynchronous design in order to exploit its advantages. This thesis deals with the implementation and study of CHAIN, an asymmetric asynchronous Interconnection Network, custom-designed using one-hot (1-of-n) data encoding. The operation frequency of Interconnection Networks depends directly on their placement and routing. Therefore, the development of models for performance estimation before the implementation is desirable. The targets of this thesis are the analytical study of CHAIN performance and the model development for the performance estimation of asynchronous Interconnection Networks. Following the CHAIN placement and routing with EDA tools, it has been proven that in its basic version (1-of-4 data encoding and one level) was not suitable for high performance data transmission. For that purpose, various alternative implementations have been examined with the same process, in order to correlate the used encoding length with the cycle time. More specifically, the encoding length increase and the implementation of parallel topologies were studied so as to fiand the impact in cycle time. The developped models simulate the real placement and routing of the network, considering that the area of the networks'' components is scalable in relation to the encoding length. The forst model is an analytical model based on logical assumptions about the placement and routing of the network. The second model uses simple placement and routing algorithms in order to approach the real process. Cluster Growth algorithm was selected for placement and Lee''s algorithm was selected for routing. Its estimations of the circuit''s cycle time was performed based on channel density and also wiring delays are taken into account. The third model places randomly the components and follows the previous procedure for cycle time estimation. The last two models are fully automated and have the benefit of small calculation time. In this thesis framework, the models were applied to typical CHAIN topologies, but they can be applied generally in any topology. For the evaluation of the model''s accuracy, we have compared the cycle time estimation for CHAIN topologies with the real placement and routing results. The comparison shows that the forst two models are sufficient accurate for networks with practical encoding lengths. The third model, due to the random placement algorithm, results in less accurate estimations, since it does not approach well the real placement. The second model is the most realistic and approximate with accuracy the placement and routing results. Therefore it could be used in general for the performance estimation of asynchronous interconnection networks before their implementation.
(EN)
