Design, implementation and verification of a high-speed on-chip packet switch

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, ELEKTRİK VE ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2022

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: AYHAN SEFA YILDIZ

Danışman: ŞENAN ECE SCHMİDT

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu tezde, yüksek hat hızlarında System on Chip (SoC) platformlarındaki modülleri birbirine bağlamak için bir yonga üstü paket anahtar mimarisi önerilmiştir. Önerilen yonga üstü anahtar için özel hedef uygulama, donanım hızlandırmalı bulut bilişim sistemleridir. Bu amaçla, FPGA üzerinde donanım hızlandırıcıları uygulayan heterojen bulut veri merkezlerinde FPGA Hızlandırıcı Kartları (FAC) kullanılmaktadır. Bulut kullanıcısından gelen veriler hızlandırıcılara getirilir ve FAC üzerindeki yüksek hızlı Ethernet Arayüzleri aracılıgıyla işlendikten sonra teslim edilir. FPGA, bulut hizmetlerini desteklemek için bellek modülleri ve SoC işlemcisi gibi başka modüllere sahiptir. Bu amaçla, heterojen arayüzleri birbirine bağlamak için yüksek verimli bir yonga üstü paket anahtarı gereklidir. Ayrıca, anahtar tasarımı, bulut veri merkezinin dinamik olarak degişen taleplerini karşılamak için ölçeklenebilir ve yapılandırılabilir olmalıdır. Bu tezin katkıları, bu gereksinimleri karşılayan bir yonga üstü paket anahtarının tasarımı, doğrulanması ve değerlendirilmesidir. Anahtar, ölçeklenebilirliği desteklemek için hat hızında çalışan giriş tamponlu bir anahtardır. Baglantı noktası sayısı, veri genişligi ve arabellek boyutları parametrelendirilir ve yapılandırılabilir. Bildigimiz kadarıyla, sistematik doğrulamasıyla birlikte sunulan bir yonga üstü anahtar uygulaması yoktur. Yonga-üstü anahtar tasarımı, Xilinx Zynq-7000 ailesinin XC7Z100FFG1156-2 SoC ürününde uygulanmaktadır. Boru hattı donanım mimarisi ve bellek organizasyonu ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Sistematik doğrulama, SystemVerilog altyapısı kullanılarak gerçekleştirilir. Modelsim aracında SystemVerilog tarafından toplanan istatistiklerden yararlanarak anahtarın 40 Gbps hat hızında 100% verimi ve 1250 ns civarında maksimum gecikmeyi destekledigini gösteriyoruz.