네트워크 온 칩 또는 네트워크 온 칩(NoC /ɛˌ en-oh-SEE 또는 /nɒk/ knock)은 집적 회로("마이크로칩")의 네트워크 기반 통신 서브시스템으로, 가장 일반적인 것은 시스템 온 칩(SoC)의 모듈 간이다. IC의 모듈은 일반적으로 컴퓨터 시스템의 다양한 기능을 도식화한 반도체 IP 코어이며, 네트워크 과학의 의미에서 모듈화되도록 설계되어 있다. 칩상의 네트워크는 SoC 모듈 간의 라우터 기반 패킷 교환 네트워크이다.

NoC 기술은 컴퓨터 네트워킹 이론과 방법을 온칩 통신에 적용한 것으로, 기존의 버스 및 크로스바 통신 아키텍처에 비해 현저한 개선을 가져온다. 네트워크 온칩에는 많은 네트워크 토폴로지가 있지만, 2018년 현재 많은 네트워크 토폴로지는 아직 실험 단계에 있다.

2000년대에 연구원들은 버스 기반 설계의 확장성 문제를 해결하기 위해 패킷 스위칭 네트워크 형태로 일종의 온칩 상호 연결을 제안하기 시작했으며, NoC는 다른 통신 서브시스템 설계와 비교하여 시스템 온칩의 확장성과 복잡한 NoC는 새로운 기술이며, 멀티코어 컴퓨터 아키텍처의 보급과 함께 가까운 장래에 큰 성장이 예상되고 있다.

NoC의 구조

NoC는 클록 도메인 크로싱(clock domain crossing)이라고 불리는 동기식 클록 도메인과 비동기식 클록 도메인을 넘나들거나 비동기식 로직을 사용할 수 있으며, NoC는 글로벌 비동기식, 로컬 동기식 전자 아키텍처를 지원한다, 시스템온칩의 각 프로세서 코어와 기능 단위가 자체적인 클록 도메인을 가질 수 있다.

NoC의 설계와 아키텍처

NoC 아키텍처는 일반적으로 스퍼스 스몰월드 네트워크(SWN) 또는 스케일 프리 네트워크(SFN)를 모델링하여 상호 연결선 및 포인트 투 포인트 연결의 수, 길이, 면적, 전력 소비를 제한한다.

기술적인 요소들

토폴로지는 노드와 채널 간의 물리적 레이아웃과 연결을 결정한다. 메시지는 홉을 통과하고 각 홉의 채널 길이는 토폴로지에 따라 달라진다. 토폴로지는 대기 시간과 전력 소비에 큰 영향을 미친다. 또한, 토폴로지는 노드 간 대체 경로의 수를 결정하기 때문에 네트워크 트래픽의 분포에 영향을 미치고, 결과적으로 네트워크 대역폭과 성능에 영향을 미친다.

이점

기존에는 IC가 포인트-투-포인트 연결 전용으로 설계되어 각 신호에 대해 하나의 전용 와이어가 사용되었다. 그 결과 네트워크 토폴로지가 밀집되어 있다. 특히 대규모 설계에서는 물리적 설계 측면에서 몇 가지 한계가 있다. 상호 연결 수에 제곱한 전력이 필요하다. 배선은 칩 면적의 대부분을 차지하며, 나노미터 CMOS 기술에서는 칩을 가로지르는 배선에서의 신호 전파에 여러 클럭 사이클이 필요하기 때문에 상호 연결이 성능과 동적 전력 소비를 모두 지배한다. 따라서 회로에 기생하는 커패시턴스, 저항, 인덕턴스도 커진다. (포인트-투-포인트 연결의 배선 요구 사항은 렌트의 법칙을 참조하십시오).

통신 서브시스템에서 상호 연결의 희소성과 지역성은 기존의 버스 기반 또는 크로스바 기반 시스템에 비해 몇 가지 개선점을 제공한다.

현재 연구 경과

일부 연구자들 은 NoC가 QoS(Quality of Service)를 지원해야 한다고 생각한다. 즉, 처리량, 엔드투엔드 지연, 공정성, 및 기한과 같은 다양한 요구 사항을 달성해야 한다. 그러나 VxWorks, RTLinux, QNX와 같은 현재의 시스템 구현은 특별한 하드웨어를 사용하지 않고도 밀리초 이하의 실시간 컴퓨팅을 구현할 수 있다.

이는 많은 실시간 애플리케이션의 경우 기존 온칩 인터커넥트 인프라의 서비스 품질로 충분하며, 전용 하드웨어 로직은 마이크로초 단위의 정확도를 달성하기 위해 필요한 것일 수 있다(사운드와 비디오의 지터는 밀리초 단위의 지연을 보장하기만 하면 된다). NoC 수준의 서비스 품질(QoS)을 추구하는 또 다른 동기는 퍼블릭 클라우드 컴퓨팅 인프라에서 단일 칩 멀티프로세서의 리소스를 공유하는 다수의 동시 사용자를 지원하는 것이다. 있다. 이러한 경우, 하드웨어 QoS 로직을 통해 서비스 제공업체는 사용자가 받는 서비스 수준에 대한 계약상의 보장을 제공할 수 있다.

물리적 링크 수준에서 네트워크 수준, 그리고 시스템 아키텍처와 애플리케이션 소프트웨어에 이르기까지 모든 수준에서 해결해야 할 많은 어려운 연구 과제가 남아 있다. 네트워크 온 칩에 관한 최초의 전문 연구 심포지엄은 2007년 5월 프린스턴 대학에서 개최되었다. 제2회 IEEE International Symposium on Networks-on-Chip은 2008년 4월 뉴캐슬대학교에서 개최되었다.

광 네트워크 온 칩(ONoC)을 구성하는 집적 광도파관 및 소자에 대한 연구가 진행되고 있다.

NoC의 성능을 향상시키는 방법으로 칩 간 무선 통신 채널을 사용하는 것이 고려되고 있으며, 이를 무선 네트워크 온 칩(Wireless Network on Chip, WiNoC)이라고 한다.