ペタバイト規模のトラフィックの増加に対応する方法

  • By Eric Esteve
  • 21st 2 2016

IPトラフィックの増加についてインターネットで検索すると、多くのグラフィックが見つかります。ですが、これらの結果に共通していることは、IPトラフィックは何年もの間高いCAGRで増加し続けており、今後5年間もそのような高いCAGRで増加し続けるということです。たとえば、世界中のモバイルデータトラフィックは、スマートフォンの出荷数自体がそれほど増加しなくても、2015~2020年の期間に53%のCAGRで増加することが予想されています。データセンターに到達する前に、このデータトラフィックはネットワーキングおよび通信インフラストラクチャを通過します。

バックホール機器用のSoCには、世界中のIPトラフィックが毎年20%増加し続ける動向に対応した設計が必要です。これらのSoCの性能は、大量のデータ交換に必要なデータバンド幅と、集中的な計算の対応に必要な最小レイテンシの両方の点において最先端である必要があります。SoCの面積は、最新のASIC技術を最大限に活用したものである必要がありますが、チップは経済的に見合うものでなければなりません。最後の絶対不可欠な要件である市場投入までの期間(TTM)は、バンド幅の需要が急速に高まっているため、できるだけ短くする必要があります。上記の状況はすべて、非常に高レベルのSoC仕様および設計要件につながります。

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NetSpeedのある顧客はネットワーキング部門における市場のリーダーであり、データバンド幅の急速な拡大に対応するために必要とされる頻度で新しい設計を発表する必要があります。設計リソースを最適化するために、アーキテクチャとフロントエンドの設計はこの顧客が行い、バックエンドはサードパーティのASICベンダーが担当しています。以前のSoCインターコネクト設計のアプローチは、スプレッドシート解析に基づいていました。これは時間がかかりすぎていたため、スケジュールに大きな影響が及ぶ大問題につながっていました。たとえば、ASICベンダーとの間で長い繰り返しループが発生したり、直前にバグが発見されて、遅い段階での設計変更が余儀なくされたりしていました。この顧客は他のNoCソリューションを徹底的に検討した結果、さらに効率的なパケット処理アーキテクチャを採用しているNetSpeedのNoC IPを選びました。

この第7世代のネットワーキングSoCに対する設計上の課題は何でしょうか。これらはほとんどが、この非常に大きなSoCのために、前の世代よりも周波数を上げ、バンド幅を4倍に増やすという性能に関する課題、さらにSoCの面積(コスト)とTTMに関する課題です。

インターコネクト合成エンジンを含むNetSpeedのNocStudioを選んだことで、プロジェクトのスケジュールに大きな影響がありました。それは、以前よりも10倍も速い、非常に短い納期が可能になったためです。1つの例として、インターコネクトのRTLとC++およびテストベンチの生成は、以前必要とされていた6~8か月ではなく、数分で完了するようになりました。NocStudioの使用によるこのような納期の短縮によって、会社の要件に合ったネットワークの最適化に適した高速なSoCレベルのアーキテクチャモデリングおよび性能解析が可能になりました。

デッドロックの管理と回避は、複雑なマルチコアSoCにとっての新天地です。構成と同時に修正できるNoCの設計に、特許取得済みのアルゴリズムとフォーマル手法を使用することで、NocStudioは、アプリケーションレベルでデッドロックのないアーキテクチャを生成しました。

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スループットはネットワーク、チャンネル、またはインターフェイス全体で送信可能な時間単位の実際のデータ量を表します。スループットはバンド幅と同様に理論的な用語となることもありますが、たとえば「実世界」においてネットワークを経由して実際に送信されるデータの量を測定するために実用的に使用されることもよくあります。設計段階では、アーキテクチャ設計者はSoCのバンド幅を前の世代の4倍に増やすことに取り組んできました。SoCをネットワーキングシステムに統合すれば、スループットが同等またはそれ以上の比率で改善されることを期待できます。

NetSpeedのインターコネクトは、配線の長さとバッファ数を低減するように最適化できます。配線の長さとバッファの数を低減すると、消費電力と面積の両方に直接的な影響が及びます。ここに示す事例では、NetSpeedのソリューションを使用することで配線が25%低減され、コストの高いメタライゼーションレベルを避けることに成功しました。

最後に、NetSpeedのソリューションは開発時間を大幅に短縮するため、メインで活躍するアーキテクチャ設計者は作業を早く終え、SoCの他の分野に集中できるようになったため、貴重な人材の最適化が図られています。

このブログはNetSpeedの「ネットワーキング」成功事例から引用しました。この事例とモバイルAP、自動車向けSoC、ネットワーキング、デジタルホーム向けSoC、またはデータセンターストレージの事例については、こちらをご覧ください。

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