Compromis énergie-performance dans les réseaux optique sur puce

Energy-performance trade-off for optical network-on-chip

• Auteur / Autrice : Jaechul Lee
• Direction : Daniel Chillet, Cédric Killian
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 08/12/2022
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : MATHSTIC
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) - TARAN
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Pétrot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Angeliki Kritikakou
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : François Verdier, Camel Tanougast

Mots clés

Mots clés contrôlés

Approximation, Théorie de l'

Économies d'énergie

Systèmes sur puce

Mots clés libres

Réseau optique sur puce (ONoC)

Calcul approximatif

Interconnexion approximative

Efficacité énergétique

Optical Network-On-Chips (ONoC)

Approximate computing

Approximate interconnect

Energy efficiency

Résumé

Au fil des ans, le système sur puce (SoC) a évolué d'un processeur unique dans une puce à plusieurs processeurs dans des puces contenant des milliards de transistors. Avec l'évolution des SoC, de nouveaux sujets de recherche ont vu le jour sur l'interconnexion entre les processeurs d'une puce. Le réseau sur puce (NoC) a été proposé comme solution pour des liaisons de communication plus dynamiques afin de connecter un grand nombre de propriétés intellectuelles (IP). Deuxièmement, pour surmonter les inconvénients du NoC électrique, une liaison de communication optique a été proposée comme solution prometteuse. Ce type de NoC offre une faible latence et une bande passante élevée, mais il souffre d'une faible efficacité énergétique. Dans cette thèse, nous abordons ce sujet et nous visons à développer des techniques pour gérer la consommation d'énergie des lasers. Pour relever ce défi, nous exploitons le concept d'approximation et nous l'appliquons à l'ONoC pour proposer deux types de communications : des communications approximatives et précises. Notre proposition est appliquée aux nombres à virgule flottante (FP) en utilisant des signaux optiques de faible puissance pour LSB, au prix d'un taux d'erreur plus élevé. Ces signaux optiques approximatifs permettent une réduction drastique de la consommation d'énergie du laser. En parallèle, pour assurer la précision de la communication sur les MSB, les niveaux de puissance laser sont maintenus en utilisant des signaux de haute puissance. Les résultats des simulations démontrent qu'une réduction de 42 % de la puissance laser peut être obtenue pour l'application Streamcluster avec une dégradation limitée au niveau de l'application. De plus, nous proposons de gérer les communications en fonction de la distance entre les cœurs source et destination. Cependant, cette gestion sensible à la distance à grain fin pourrait être trop coûteuse, nous proposons donc une technique sensible à la distance à faible surcoût basée sur seulement deux classes de distances Court/Long. Les résultats de notre évaluation montrent une réduction drastique de la puissance laser de 20 %, par exemple pour l'application Streamcluster.

Over the years, System-on-Chip (SoC) has evolved from a single processor in a chip to multi/many processors in chips containing billions of transistors. With the evolution of SoC, new research topics have risen on interconnect between processors in a chip. Network-on-Chip(NoC) has been proposed as a solution for more dynamic communication links to connect large number of Intellectual Property (IP)s. Secondly, to overcome drawbacks of electrical NoC, Optical communication link has been proposed as a promissing solution. This type of NoC provides low latency and high bandwith, but it suffers from low power efficiency. In this thesis, we address this topic and we aim to develop techniques to manage laser power consumption. To address this challenge, we exploit the approximation concept and we apply it to the ONoC to propose two types of communications: Approximate and accurate communications. Our proposal is applied to Floating-Point (FP) numbers by using low-power optical signals for LSB, at the cost of higher error rate. These approximate optical signals allow a drastic reduction in the laser power consumption. In parallel, to ensure the communication accuracy on MSBs, the laser power levels are remained using high power signals. Simulations results demonstrate that a reduction of to 42% of laser power can be obtained for Streamcluster application with a limited degradation at the application level. Furthermore, we propose to manage the communications accordong to the distance between source and destination cores. However, this fine-grain distance-aware management could be too costly, so we propose a low overhead distance-aware technique based on only two distances Short/Long classes. The results of our evaluation show drastic laser power reduction of 20%for example for Streamcluster application.