27.5.3. Структура межъядерных связей
Архитектура АТАС представляет собой "плиточную/ячеистую" многоядерную архитектуру, сочетающую технологию электрических соединений с оптической накристальной сетью. Применяется связанный двумерный массив простых вычислительных ядер, каждое из которых содержит одиночный или двойной RISC-процессор и кэш данных первого уровня. ATAC использует протокол распределенных директорий. Часть распределенной директории расположена в каждом узле.
Ядра в АТАС связаны двумя сетями — электрической EMesh и оптико-электрической ANet. ENet — обычная двумерная электрическая сеть типа "точка-точка", аналогичная существующим в обычных мультипроцессорах. EMesh идеальна для предсказуемых, близких взаимодействий. ANet предлагает технологию для организации оптической накристальной сети, основанную на технологии оптической памяти. Ядро сети ANet составляет ONet (рис.27.17). Сеть ANet содержит 64 оптически соединенных кластера, включающих в себя небольшие электрические структуры, служащие для взаимодействия с оптической сетью, — это сети ENet и BNet.
Рис.27.17. Организация связи между модулями АТАС архитектуры на различных уровнях
ANet используется обычно для осуществления передачи данных между удаленными ядрами или для глобальных передач в рамках сети (широковещательные передачи).
Ключ к эффективной организации глобальных коммуникаций в пределах кристалла — оптическая сеть ONet. Она обеспечивает связь между отдельными конечными точками, называемыми хабами. Хабы соединены между собой световодом, проходящим через весь кристалл, формируя замкнутое кольцо (рис.18.33). При помощи модулятора, оптических фильтров и приемника хаб имеет возможность передавать и принимать данные из световодов. Сигнал, посланный одним из хабов, быстро достигает остальных. Таким образом, любая передача в сети может быть широковещательной. Для передачи независимых данных применяется частотное мультиплексирование каналов. Каждый хаб имеет фильтры, настроенные на уникальную длину волны, и фильтры, позволяющие ему принимать сигналы на всех длинах волн. Эта возможность используется при организации глобальных передач, синхронизации ядер, управлении сетью. В дополнение к этому повышенная скорость передачи исключает разнородную задержку распространения сигнала, зависящую от расстояния между ядрами, — в любой паре хабы взаимодействуют между собой с малой фиксированной задержкой, вместо задержки на один цикл на узел в связях типа "точка-точка". В общем, функциональность сети ONet можно сравнить с полносвязной сетью с двунаправленными связями между узлами и с дополнительной функцией широковещания. Частотное разделение каналов позволяет задействовать один световод для нескольких перекрывающихся передач в различных направлениях (для сравнения, электрическая связь обычно используется для передачи одного бита). Для многих сетевых операций, трудно реализуемых в электрических сетях, применение АТАС существенно увеличивает эффективность. ONet может масштабироваться до как минимум 64 хабов (возможно до 100). Количество длин волн, на которые могут быть настроены фильтры, ограничено минимально необходимым расстоянием, спектральной шириной канала и общей шириной полосы излучения в питающем световоде. Также существуют ограничения по общему количеству энергии, которое может передать световод в отношении к количеству энергии, требуемому детектором для приема сигнала, и по максимальной длине волновода, зависящей от потерь распространения.
Указанные ограничения могут быть обойдены использованием нескольких волноводов и распределением каналов передачи данных между ними. Как правило, при этом площадь, необходимая для реализации световода, может также стать ограничением. Оптические компоненты сети и сама сеть могут быть вынесены на отдельный уровень КМОП-стека и накладываться на электронные компоненты, к которым они подключаются. К примеру, на кристалле площадью 400 мм2 может разместиться оптическая сеть с 384 хабами. Для рассматриваемого случая ONet соединяет 64 одинаковых кластера при помощи 64-битной оптической шины, проложенной по всему кристаллу. Каждый кластер содержит 16 вычислительных ядер и хаб сети ONet. Внутри кластера ядра связаны между собой и с оптическим хабом двумя сетями — ENet и BNet. ENet используется только для передачи данных от ядер кластера к хабу ONet. BNet — широковещательная электрическая сеть для передачи данных от оптической сети вычислителям.