요즘 혁신의 장벽을 제거하는 것에 대해 많은 논의가 있습니다. 무어의 법칙 둔화, 전력 소비 감소, 보안 및 신뢰성 향상 등과 같은 문제를 해결할 수만 있다면 반도체 시스템은 다양한 형태의 기술 혁신을 여는 중심에 있습니다. 그러나 이 게시물의 주제인 또 다른 상당한 장벽이 있습니다. 이는 프로세서와 메모리 성능의 극적인 차이입니다. CPU 및 GPU 시스템은 놀라운 수준의 성능을 제공하지만 이러한 시스템의 중요한 데이터를 관리하는 메모리는 상당히 뒤떨어져 있습니다. 이것이 바로 메모리 벽 문제인데, 아테리스가 어떻게 메모리 벽을 무너뜨려 혁신을 촉발하는지 살펴보고 싶습니다. 메모리 월.

기억의 벽이란 무엇인가요?

이 게시물 상단의 그래픽은 메모리 벽 문제를 보여줍니다. 파란색 선으로 표시된 단일 스레드 CPU의 성능이 꾸준히 증가하는 것을 볼 수 있습니다. 녹색 선은 GPU 클러스터에 의해 추가되는 성능의 기하급수적 증가를 보여줍니다. GPU와 CPU의 성능 향상은 100년 안에 10배로 예상되는데, 이는 놀라운 통계입니다. 참고로, CPU와 GPU 모두의 트랜지스터 수가 비슷한 직선을 중심으로 모여 있는 것을 볼 수 있습니다. GPU 성능은 문제에 더 많은 트랜지스터를 사용하는 대신 더 적은 작업을 훨씬 더 빠르게 수행함으로써 제공됩니다.

오늘날 많은 시스템은 광범위한 관리 작업을 수행하는 다수의 CPU와 종종 AI와 관련된 특정 작업을 수행하는 다수의 GPU의 조합으로 구성됩니다. 이 조합은 많은 제품에서 볼 수 있는 놀라운 처리량을 제공합니다. 차트 하단에 묘사된 이 조화로운 건축물에는 어두운 면이 있습니다. 여기에서는 이러한 시스템이 처리할 모든 정보를 제공하는 다양한 메모리 기술에 대한 성능 데이터를 볼 수 있습니다. 보시다시피, 제공되는 성능은 이러한 메모리 시스템에 의존하는 CPU 및 GPU보다 상당히 낮습니다.

이것이 바로 메모리 벽 문제입니다. Arteris가 이 문제를 해결하는 독특한 방법을 살펴보겠습니다.

Arteris 접근 방식 – 고도로 구성 가능한 캐시 일관성 NoC

 느린 메모리 액세스 속도를 처리하기 위해 잘 받아들여지는 접근 방식은 필요한 데이터를 미리 가져와서 로컬 캐시에 저장하는 것입니다. 이러한 방식으로 데이터에 액세스하는 것은 훨씬 더 빠릅니다. 몇 개의 CPU 주기와 100개가 넘는 CPU 주기가 있습니다. 이는 훌륭한 접근 방식이지만 캐시에서 메모리에 액세스하고 올바른 데이터가 적시에 올바른 위치에 있고 모든 캐시에서 일관성을 유지하는 데 필요한 모든 소프트웨어와 하드웨어를 구현하는 것은 어려울 수 있습니다. 이 솔루션을 효과적으로 제공하는 시스템을 캐시 일관성, 그리고 이 목표를 달성하는 것은 쉽지 않습니다. 예를 들어, 소프트웨어 전용 일관성 구현은 시스템의 모든 CPU 주기의 최대 25%를 소비할 수 있으며 디버그하기가 매우 어렵습니다. SoC 설계자는 시스템에서 실행되는 소프트웨어에 투명한 캐시 일관성 NoC 하드웨어 솔루션을 선택하는 경우가 많습니다.

최근 저는 의 제품 관리 및 마케팅 부사장인 Andy Nightingale과 이야기를 나눌 기회가 있었습니다. 동맥. Andy는 캐시 일관성 시스템 구현의 과제와 Arteris가 이러한 과제에 대처하기 위해 개발한 고유한 솔루션을 훌륭하게 설명했습니다.

안정적이고 전력 효율적인 캐시 일관성 아키텍처의 개발은 시스템 설계의 많은 하드웨어 및 소프트웨어 측면에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 모든 것이 안정적이고 효율적으로 작동하며 필요한 PPA 목표를 달성하는 것은 상당히 어려울 수 있습니다. Andy는 이 모든 작업에 프로젝트당 50년의 엔지니어링 시간이 필요할 수 있다고 추정했습니다. 시간과 비용이 많이 들죠.

좋은 소식은 Arteris가 이 분야에서 상당한 기술을 보유하고 있으며 회사가 네트워크 온 칩(NoC) 제품 중 하나에 완전한 캐시 일관성 아키텍처를 만들었다는 것입니다. Andy는 Arteris가 제공하는 완전한 캐시 일관성 NoC인 Ncore에 대해 설명했습니다. 메모리 액세스 관리는 Arteris가 잘 알려진 전체 네트워크 온 칩 아키텍처에 잘 맞습니다. Ncore는 SoC의 캐시 일관성 부분을 소프트웨어에 투명하게 관리하므로 시스템 설계자가 CPU 및 모든 GPU를 사용하여 작업을 수행하는 것과 관련된 더 높은 수준의 과제에 집중할 수 있습니다.

Andy는 상당한 Ncore 기능 목록을 작성했습니다.

• 생산적인: Arm 및 RISC-V를 포함한 여러 처리 요소를 연결하여 엔지니어링 생산성을 극대화하고 출시 기간을 단축하여 프로젝트당 50인년 이상의 시간을 절약할 수 있습니다.
• 구성 가능 : 이기종에서 메시 토폴로지로 확장 가능하며 CHI-E, CHI-B, ACE 일관성은 물론 ACE-Lite IO 일관성 인터페이스도 지원합니다. 또한 Ncore를 사용하면 AXI 비일관성 에이전트가 IO 일관성 에이전트 역할을 할 수 있습니다.
• 생태계 통합: 최신 Arm v9 자동차 코어로 사전 검증되었으며 이전에 발표된 Arm과의 파트너십을 제공합니다.
• 안전 : 자동차 안전 애플리케이션에 대한 ASIL B~ASIL D 요구 사항을 지원하고 ISO26262 인증을 받았습니다.
• 실력 있는: 다른 상업용 대안에 비해 설계상 더 작은 다이 면적, 더 낮은 전력 및 더 높은 성능을 제공합니다.
• 시장 : 자동차, 산업, 엔터프라이즈 컴퓨팅, 소비자 및 IoT SoC 솔루션에 적합합니다.

Andy는 소비자 SoC 설계에서 얻을 수 있는 몇 가지 이점을 자세히 설명했습니다. 여기에는 고도로 분산된 아키텍처 덕분에 간소화된 칩 평면도가 포함되어 효율적인 리소스 활용을 촉진합니다. 고대역폭, 저지연 패브릭을 갖춘 Arteris 고성능 상호 연결은 원활한 데이터 전송을 보장하고 전반적인 시스템 성능을 향상시켰습니다.

좀 더 자세히 살펴보면 Ncore는 트랜잭션 수준 추적, 성능 모니터링, 오류 감지 및 수정을 통해 상호 연결 패브릭에 대한 실시간 가시성을 제공합니다. 이러한 모든 기능은 디버깅을 쉽게 하고 제품 품질을 향상시킵니다. AMBA와 같은 업계 표준 인터페이스와의 포괄적인 에코시스템 지원 및 호환성 덕분에 타사 구성 요소 및 EDA 도구와의 통합도 더욱 쉬워집니다.

이것은 매우 유용한 토론이었습니다. Arteris는 캐시 일관성 아키텍처 구현에 대한 오버헤드를 극적으로 줄인 것으로 보입니다.

더 알아보기

저는 Arteris가 Arm을 통해 수행하는 작업에 대해 몇 가지 구체적인 내용을 언급했습니다. 그것이 회사가 함께 일하는 유일한 파트너라고 생각하지 마십시오. Arteris는 시스템 IP의 스위스로 불려왔습니다. 회사는 또한 RISC-V 커뮤니티와 다음과 같은 중요한 작업을 수행하고 있습니다. 여기 SemiWiki 게시물에 자세히 설명되어 있습니다..

Arteris는 최근 Ncore 제품 확장을 발표했습니다. 방법을 읽을 수 있습니다. Arteris는 Ncore 캐시 일관성 있는 상호 연결 IP를 확장하여 최첨단 전자 장치 설계를 가속화합니다.. 릴리스에서는 Leonid Smolyansky, Ph.D. Mobileye의 SVP SoC 아키텍처, 보안 및 안전은 다음과 같은 의견을 제시했습니다.

“우리는 2010년부터 Arteris 네트워크 온 칩 기술을 사용하여 고급 자율 주행 및 운전자 지원 기술에 사용해 왔습니다. Arteris가 내결함성 및 안정적인 SoC 설계 문제를 해결하는 데 도움이 되는 뛰어난 엔지니어링 능력을 제공하게 되어 기쁘게 생각합니다.”

짧은 영상도 있습니다(1분 남짓) Ncore가 해결해야 할 과제를 설명하는 동영상. 영상이 꽤 유익하다는 것을 알았습니다. 

다음 설계를 위해 향상된 성능이 필요하다면 Arteris가 제공하는 캐시 일관성 솔루션을 자세히 살펴보아야 합니다. 당신은 할 수 있습니다 여기에서 Ncore에 대해 자세히 알아보세요.. 그리고 그게 방법이야 동맥 메모리 벽을 허물고 혁신을 일으키고 있습니다.

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• 출처: https://semiwiki.com/ip/arteris/342991-arteris-is-unleashing-innovation-by-breaking-down-the-memory-wall/