Light coding and protocols for network-on-chip systems of low energy consumption

Abstract

[ABSTRACT] Communication systems are constantly evolving and need to process increasingly larger amounts of data in a short time. It is in this field that Network-on-Chip architectures emerge as a viable model to support such traffic demands. However, integration levels in Metworks-on-Chip (NoCs) are expected to increase significantly in the next years, accompanied with a reduction in supplied power. This forces NoC technologies to evolve and attempt to find solutions to the problems that are about to arise. This thesis studies the effects of channel noise on NoC communications and aims to compare the performance of coding methods (with different error-protection levels) to that of plain, uncoded transmissions. This way, it is possible to determine the minimum noise levels that would make it preferable to not use coding methods on the messages and thus avoid the throughput drop they entail. Furthermore, this thesis proposes the use of an alternative to the classic NoC: the Wireless Network-on-Chip (WNoC), which provides several advantages over its wired counterpart and has a wide array of possible improvements, also explained and analyzed in this thesis. Accompanying the analysis is a series of simulations, achieved through the MATLAB platform, which aim to provide proof of the proposed solutions' viability.

[RESUMEN] Los sistemas de comunicación evolucionan constantemente y necesitan procesar cantidades de datos cada vez más elevadas en un corto periodo de tiempo. Es en este aspecto que las arquitecturas de Network-on-Chip emergen como un model viable para soportar estas demandas de tráfico. Sin embargo, está previsto que los niveles de integración en las networks-on-chip van a experimentar un aumento considerable en los próximos años, acompañado con una reducción en la potencia suministrada. Esto fuerza a las tecnologías de las NoC a evolucionar y a tratar de encontrar soluciones a los problemas que están surgiendo.

Esta tesis estudia los efectos de ruido de canal sobre las comunicaciones en NoC y tiene como objetivo comparar el rendimiento de métodos de codificación (con diferentes niveles de protección de errores) a los de transmisiones simples, sin código. De esta manera, es posible encontrar niveles mínimos de ruido que harían preferible no usar métodos de codificación en los mensajes y por consiguiente evitar la pérdida de throughput que éstos suponen.

Además, esta tesis propone el uso de una alternativa a las NoC clásicas: la Wireless Network-on-Chip (WNoC), que proporcionan diversas ventajas respecto a su contrapartida con cables y que dispone de una gran cantidad de posibles mejoras, también exlplicadas y analizadas en esta tesis.

Acompañando a los análisis hay una serie de simulaciones, creadas a partir de la plataforma MATLAB, que tienen como objetivo presentar pruebas de la viabilidad de las soluciones propuestas.