JP5626763B2 - パケット交換システム - Google Patents
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Description
貫通ビアは、ノードと同じ数又はそれ以上の数のノード専用バスを含むパケット交換用多重バスを構成し、
各ノード専用バスは、一つの制御用バスと該制御用バスにより制御される一つ以上のパケット転送用バスとを含み、
各ノード専用バスは、各々に割り当てられた一つのノード専用のパケット受信バスとして、また該一つのノード以外のノードのパケット送信バスとして使用され、該一つのノードは、送信ノードからの要求に応じて前記一つ以上のパケット転送用バスの使用権を該送信ノードに許可することによりパケット転送を行う、パケット交換システムを提供する。
本発明の一実施形態では、例えば図2に概念的に示したように、一つ以上のLSIチップからなる複数のノードが、貫通ビア(又は貫通電極)により接続されて積層されており、この貫通ビアが、ノードと同じ数又はそれ以上の数のノード専用バスを含むパケット交換用多重バスを構成している。図2では9個のノードに対して9個のノード専用バスを図示しているが、9個より多いノード専用バスが設けられていてもよい。各ノード専用バスは、一つの制御用バスと、この制御用バスにより制御される一つ以上のパケット転送用バスとを含む。各制御用バス及びパケット転送用バスは最終的には複数本の貫通ビアにより構成される。すなわち、多数本の高密度貫通ビアが、各ノード間で積層方向に共通する領域、本実施形態では中央部を貫通するように設けられて超並列バスを構成し、この超並列バスが、複数のノード専用バスグループに分けられ、各ノード専用バスにおいてさらに一つの制御用バスと一つ以上のパケット転送用バスに分けられた多重バス構成になっている。なお、図には示していないが、外部からの入出力線や電源線等のシステム構成に必要な線も、貫通ビアを通して接続されている。
ノードj:パケット処理回路により、外部ネットワークから到着したパケットをパケットメモリPMOに格納する。
ノードj:パケット処理回路により、PMOにおけるパケットの宛先(TAG情報、また、レイヤー2ではMACアドレス、レイヤー3ではIPアドレスとこれに対応したMACアドレス)とルーティングテーブルとから、パケットの転送先となる外部ネットワークを含むノードi及びこれに接続された出力回路k(k=1〜3)を選択する。また、転送すべき回数をパケット処理回路内のレジスタ(図示なし)に格納する。レジスタのビット長はパケットの許容最大長に応じて予め決められる。
ノードj:パケット処理回路ではノードiへの出力回路kに転送要求を送り、出力回路kでは転送要求Req jを制御用バスに出力する。
ノードi:入力制御回路により、転送要求Req jに対して、バスのビジー状態レジスタBBRを調べ、空いているバス(BBR のmビット目がオフのとき、これに対応するバスとする)があれば制御用バスを通じて許可信号Grant jと指定バス番号をノードjにCinfで知らせ、BBR mをオンにする。
ノードj:出力回路の制御用バスにより、許可信号Grant jと指定バス番号を受領したら、Cinfの値をBSRに記憶し、Reqjをオフにする。許可信号が得られないときは、得られるまで、Req j をオンに保つ。
ノードj:出力回路内のバススイッチにより、指定バス番号に応じてPMOのパケットデータ線を指定されたバスに接続する。
ノードj:出力回路のバスシェイクハンド回路により制御して、データを指定バスに送信する。最初のパケットのヘッダにはパケット長を示すレジスタTiの値を含める。送信毎にTiを1減ずる。
ノードi:入力回路のバスシェイクハンド回路により制御して、データを受信し、パケット処理回路の入力パケットバッファPMIに送る。
ノードj&ノードi:以上の送受信をレジスタTjが0になるまで繰り返す。
ノードi:受信が完了したら、バス使用状況レジスタのmビット目BBR m をオフにする。
1.サイズと物理的構成:縦10cm以上、横数10cmのPCB基板を使用
2.消費電力:このため、バス駆動のための消費電力が大きい
3.バスクロック:PCBやノードとバスを結合するコネクタの性質などから、伝送バスクロックが上げられない。
4.バスの本数:バスの本数に制限がある。例えば、ミドル級ルータの典型的な例で、200本程度
5.バスの転送方式とバックプレーンの転送容量:ハブを介した直列転送方式が主流である。スイッチ部分の故障に対処する場合は2重化が必要であり、この場合は転送容量がバスの総転送容量の2分の1となる。一方、外部バスと接続したしたとき、バックプレーンの転送容量は接続したネットワークの総転送容量以上となる必要があるため、直列バスによる転送容量は大きな問題となる。また、直列転送に伴う直並列変換やビット同期などで回路が複雑化する。
1.サイズと物理的構成:面積はLSI一枚と同じで、高さは数100ミクロン程度と非常に小型である。
2.消費電力:ノード間の接続のための消費電力は内部のLSI回路間の接続とほぼ同じであり、特別のバッファを必要としないため、低消費電力である。
3.バスクロック:並列バス転送のため、転送クロックを上げる必要がない。n本の並列バスの使用により、1本の場合と比較するとバスクロックはn分の1が可能となる。
4.バスの本数:例えば、20μmピッチの高密度のバスのトータルの本数は、1600本以上も可能である。貫通電極間のピッチ等によって数百本から数千本のバス本数が選択可能である。
5.バスの転送方式とバックプレーンの転送容量:スイッチ部分がなく、分散制御のため、一つのモジュールの故障で全体が機能しなくなることはない。バスを複数本使用できるので一つのバスが故障しても残りのバスで通信ができ、信頼性が高く、2重化の必要性を低減できる。また、ノードは同一のLSI(群)を積層することによって容易に2重化も可能である。また、3の特徴により、低いクロック周波数でも、容易に必要な転送容量が実現でき、送受回路も簡単で、直並列変換やビット同期の必要性がない。
パケット転送において、ARP(Address Resolution Protocol)のような問い合わせ等のルータ間の情報交換には、全ルータに同じ要求を出すブロードキャスト(放送型)の送信も多く行われ、また、映像や音声などのマルチメディアデータの配信には、あるグループに同じデータを送るマルチキャストも行われる。これらブロードキャスト及びマルチメディアは、従来の固定化された専用バスによる1対1通信方式では全てのノードにデータを転送するフラッディングを行って、多数のバスを占有してしまい、通常のパケット通信に支障を与える恐れがあることから、バスの使用権獲得と転送の面からみて、効率のよい通信の実現が困難であった。
本発明ではまた、図9に例示したように、各ノード間で共有バスを介して共有のメモリを設けることも容易に可能であり、共有のルーティングテーブル情報やMIB情報などのうち、共有データ相当部分を必要に応じて共有メモリに収納することもできる。
Claims (6)
- 貫通ビアで接続して積層された複数のノード間のパケット交換システムであって、
貫通ビアは、ノードと同じ数又はそれ以上の数のノード専用バスを含むパケット交換用多重バスを構成し、
各ノード専用バスは、一つの制御用バスと該制御用バスにより制御される一つ以上のパケット転送用バスとを含み、
各ノード専用バスは、各々に割り当てられた一つのノード専用のパケット受信バスとして、また該一つのノード以外のノードのパケット送信バスとして使用され、該一つのノードは、送信ノードからの要求に応じて前記一つ以上のパケット転送用バスの使用権を該送信ノードに許可することによりパケット転送を行う、パケット交換システム。 - ノードi(又はj)は、
パケット処理回路と、
ノードiの前記ノード専用バスに接続され、他のノードj(又はi)からのパケット入力を行う入力回路と、
他のノードjの前記ノード専用バスに接続され、他のノードjへのパケット出力を行う出力回路と
を備える、請求項1に記載のシステム。 - ノードiの前記入力回路は、
ノードiの前記ノード専用バスにおける前記制御用バスを制御するアービタ及びバス選択回路を有する入力制御回路と、
ノードiの前記ノード専用バスにおける前記パケット転送用バスを通してノードjから送られてくるデータを受信し前記パケット処理回路に送るシェイクハンド回路と
を備える、請求項2に記載のシステム。 - ノードiの前記アービタ及びバス選択回路は、ノードjと1対1に接続された前記制御用バスのパケット転送要求線Reqに応じて、ノードiの空いている前記パケット転送用バスを探し、該パケット転送用バスの番号を、ノードjと1対1に接続された前記制御用バスのGrant線の中で前記要求に対応したGrant線をオンにして転送要求元ノードjに送る、請求項3に記載のシステム。
- ノードjからパケット宛先であるノードiへパケット転送する場合において、ノードjは、ノードjの前記ノード専用バスにおける前記制御用バスのうちの一本のパケット転送要求線Reqをオンにして、前記要求をノードiに送り、前記制御用バスのGrant線がオンになるのを待ち、該Grant線がオンになりノードiからバスの使用許可が出ると、前記パケット転送要求線Reqをオフにし、許可されたノードiの前記パケット転送用バスと接続する、請求項1乃至4のいずれかに記載のシステム。
- ブロードキャスト/マルチキャスト通信を行うことのできる1対多専用バスをさらに備える、請求項1乃至5のいずれかに記載のシステム。
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