Add ADR-0018 (LA/BAAW addressing) and ADR-0019 (NOC per-channel HBM)
ADR-0018: LA replaces VA, BAAW segment-based mapping in PE_DMA, 1:1 (per-channel) and n:1 (aggregated) modes with parameterized channel count. ADR-0019: xbar/bridge removal, channel router topology with horizontal line layout, aggregated router for n:1 mode, unified NOC path for local/remote HBM access. Co-Authored-By: Claude Opus 4.6 (1M context) <noreply@anthropic.com>
This commit is contained in:
@@ -0,0 +1,440 @@
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# ADR-0018: LA 기반 메모리 주소 추상화 및 HBM Channel Mapping Mode 도입
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## Status
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Proposed
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## Context
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Kernbench는 CUBE 내부에서 PE_DMA와 Local-HBM 간의 메모리 접근을 시뮬레이션한다.
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현재는 VA 기반 접근 경로를 사용하고 있으나, 다음 두 가지 channel mapping 모델을
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일관되게 표현하기 어렵다.
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### 배경: Local-HBM pseudo channel 구조
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CUBE의 HBM은 32개 또는 64개의 pseudo channel로 구성된다.
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PE-Local-HBM 모델에서는 각 PE가 동일한 수의 pseudo channel을 담당한다.
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예: 64 pseudo channel, 8 PE per cube → 각 PE가 8개 pseudo channel을 local HBM으로 접근
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pseudo channel 수와 PE 수는 모두 topology 파라미터이다.
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`N = hbm_pseudo_channels / pes_per_cube` (= channels_per_pe)가
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PE당 local channel 수를 결정한다.
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각 pseudo channel의 BW(예: 32 GB/s)만큼 DMA와 pseudo channel 사이의 라우팅 경로 BW도
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맞춰지므로, PE가 N개 채널에 동시 request를 보내면 최대 메모리 BW를 활용할 수 있다.
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### 현재 VA 모델의 한계
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채널을 8개로 나누면 request도 채널별로 생성되어 DMA에 보내져야 한다.
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그러나 현재 구조에서는 커널이 VA를 가지고 request를 생성한 뒤(`tl.load`)
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DMA에 바로 전달하므로, PE_CPU가 채널별 DMA request를 생성하기 어렵다.
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따라서 VA 대신 **Logical Address(LA)** 를 사용하고,
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PE_DMA 내부의 **BAAW(Logical-to-Physical Mapping Unit)** 가
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segment-based mapping을 기반으로 LA → PA 또는 PA 리스트로 변환하는 구조를 제안한다.
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### 두 가지 channel mapping mode
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- **1:1 mode**: 채널별 request를 만들어 실행. 정밀한 per-channel 모델링
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- **n:1 mode (default)**: local HBM 채널 간 인터리빙 가정. aggregated BW 모델링
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두 모드를 지원하여 n:1 모드의 오버헤드를 측정/검토할 수 있게 한다.
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### 핵심 요구사항
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- PE_DMA → HBM_CTRL의 effective bandwidth semantics는 두 모드에서 동일해야 한다
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- 차이는 request 표현 방식과 resource 모델링 방식에만 있어야 한다
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- kernel programming model은 변경하지 않는다
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- physical channel 정보는 kernel에 노출되지 않아야 한다
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### 기존 Physical Address
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현재 시스템의 51-bit Physical Address는 `policy/address/phyaddr.py`에 정의되어 있다:
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[50:47] rack_id (4 bit)
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[46:43] sip_id (4 bit)
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[42:38] cube_id (5 bit, sip_seg)
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[37] hbm_selector (1=HBM window)
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[36:0] hbm_offset (37 bit, 128GB per cube)
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PA는 최종 라우팅 가능한 canonical physical destination을 표현하는 데 사용되며,
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이 역할은 유지된다.
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하지만 logical access → physical request 변환 시점과 정책이 명확히 분리되어 있지 않다.
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## Decision
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### D1. LA (Logical Address) 도입 — VA를 대체
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기존 VA(Virtual Address) 인프라를 LA(Logical Address)로 대체한다.
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#### LA의 특징
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- VA처럼 Tensor를 연속적인 메모리 공간에 매핑할 수 있다
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- logical buffer + offset을 표현
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- physical channel 정보를 직접 포함하지 않음
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- physical resolution 이전까지 유지되는 중간 추상화
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- 커널 코드(`tl.load`, `tl.store`, `tl.composite`)가 사용하는 유일한 주소 체계
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#### LA 공간 정의
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| 항목 | 값 |
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| LA 시작 주소 | `0x1_0000_0000` (4 GB, 기존 VA 시작점 유지) |
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| LA 공간 크기 | PE당 64 GB |
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| 정렬 단위 | segment 단위 (아래 D3 참조) |
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LA는 PE-local 주소 공간이다.
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서로 다른 PE가 동일한 LA 값을 사용해도 BAAW의 segment table이 다르므로
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서로 다른 PA로 resolve된다.
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#### VA 인프라 제거 범위
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LA 도입에 따라 다음 기존 코드를 대체/제거한다:
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| 제거 대상 | 대체 |
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|-----------|------|
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| `policy/address/va_allocator.py` (VirtualAllocator) | LA allocator (동일 free-list 방식, 이름/역할 변경) |
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| `policy/address/pe_mmu.py` (PeMMU) | BAAW segment table (PE_DMA 내부) |
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| `components/builtin/pe_mmu.py` (PeMmuComponent) | 제거 — BAAW는 별도 컴포넌트가 아닌 PE_DMA 내부 로직 |
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| `runtime_api/kernel.py`: MmuMapMsg, MmuUnmapMsg | BaawSegmentInstallMsg로 대체 |
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| `runtime_api/context.py`: VA alloc + MMU mapping install | LA alloc + BAAW segment install |
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| `runtime_api/tensor.py`: `va_base` 필드 | `la_base` 필드 |
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| `topology.yaml`: pe_mmu 컴포넌트 항목 | 제거 |
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### D2. Mapping Mode 설정
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topology.yaml의 cube 레벨에서 mapping mode를 설정한다:
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```yaml
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cube:
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memory_map:
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hbm_mapping_mode: n_to_one # one_to_one | n_to_one
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hbm_pseudo_channels: 64 # 전체 pseudo channel 수
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hbm_channels_per_pe: 8 # PE당 local channel 수
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hbm_channel_bw_gbs: 32.0 # per-channel bandwidth
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```
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이 설정은 graph compiler(topology builder)와 BAAW 초기화 시 참조된다.
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### D3. Segment 및 BAAW
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#### Segment 정의
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Segment는 LA space를 partition하여, 각 segment가 특정 HBM channel 또는
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channel group에 매핑되도록 하는 logical allocation 단위이다.
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Segment는 runtime allocator가 tensor deploy 시 생성하며,
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BAAW는 이를 기반으로 LA를 physical request로 변환한다.
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#### BAAW Segment Table Entry
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```python
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@dataclass
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class BaawSegment:
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la_base: int # segment 시작 LA
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la_size: int # segment 크기 (bytes)
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mode: str # "one_to_one" | "n_to_one"
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# 1:1 mode fields
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channel_count: int # 이 segment에 할당된 channel 수 (e.g., 8)
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pa_bases: list[int] # per-channel PA 시작 주소 리스트 (len = channel_count)
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channel_ids: list[int] # per-channel 논리적 ID (e.g., [0,1,2,...,7])
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channel_size: int # per-channel 크기 (la_size // channel_count)
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# n:1 mode fields
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agg_pa_base: int # aggregated PA 시작 주소
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agg_node_id: str # aggregated router node_id (for routing)
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```
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#### Segment 라이프사이클
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1. **할당 시점** (tensor deploy):
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- RuntimeContext가 LA allocator에서 LA 공간 할당
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- PEMemAllocator가 per-channel PA 할당 (1:1) 또는 aggregated PA 할당 (n:1)
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- `BaawSegmentInstallMsg`를 PE_DMA로 전송하여 segment table에 등록
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2. **사용 시점** (kernel 실행):
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- 커널이 `tl.load(la_ptr)` → DmaReadCmd(src_addr=LA)
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- PE_DMA가 BAAW에서 LA에 해당하는 segment를 lookup
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- mode에 따라 PA(들)로 변환
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3. **해제 시점** (tensor free):
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- segment table에서 제거
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- LA 공간 반환, PA 해제
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### D4. BAAW (Logical-to-Physical Mapping Unit)
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#### 위치
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BAAW는 PE_DMA 내부의 front-end stage로 배치된다.
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별도의 SimPy 컴포넌트가 아니며, PE_DMA의 `handle_command()` 시작 부분에서 실행되는
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동기적 address resolution 로직이다.
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#### 입력
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- LA (Logical Address) — DmaReadCmd.src_addr 또는 DmaWriteCmd.dst_addr
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- access size (bytes)
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#### 출력
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- 1:1 mode: `list[PhysicalRequest]` — 각 request는 (PA, nbytes, channel_node_id)
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- n:1 mode: `PhysicalRequest` 1개 — (agg_PA, nbytes, agg_node_id)
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```python
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@dataclass
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class PhysicalRequest:
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pa: int # 51-bit Physical Address
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nbytes: int # 이 request의 transfer size
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dst_node: str # target node_id (channel router or aggregated router)
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```
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#### BAAW Resolve 로직
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```python
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def resolve(self, la: int, nbytes: int) -> list[PhysicalRequest]:
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seg = self._find_segment(la) # la_base <= la < la_base + la_size
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offset = la - seg.la_base
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if seg.mode == "n_to_one":
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pa = seg.agg_pa_base + offset
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return [PhysicalRequest(pa=pa, nbytes=nbytes, dst_node=seg.agg_node_id)]
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elif seg.mode == "one_to_one":
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requests = []
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per_ch_size = seg.channel_size
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for i, (pa_base, ch_id) in enumerate(zip(seg.pa_bases, seg.channel_ids)):
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ch_offset = offset % per_ch_size # interleaved or striped
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ch_nbytes = nbytes // seg.channel_count
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pa = pa_base + ch_offset
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dst_node = f"{self._pe_prefix}.ch_r{ch_id}"
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requests.append(PhysicalRequest(pa=pa, nbytes=ch_nbytes, dst_node=dst_node))
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return requests
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#### 역할 범위
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BAAW의 책임:
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- logical access를 physical request 단위로 변환
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- mapping mode에 따른 fan-out (1:1) 또는 pass-through (n:1) 수행
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- Physical Address 생성 및 target node 결정
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BAAW의 책임이 아닌 것:
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- 실제 data movement 수행
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- NOC routing 실행
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- bandwidth 소비 시뮬레이션 (downstream component의 역할)
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#### Output Contract
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BAAW의 출력은 추가적인 address decoding 없이
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simulator의 routing 및 resource 모델에서 직접 사용 가능한 request 단위여야 한다.
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### D5. PE_DMA handle_command() 변경
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#### 현재 흐름 (VA 기반)
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DmaReadCmd.src_addr (VA)
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→ MMU.translate(VA) → PA
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→ PhysAddr.decode(PA) → PhysAddr object
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→ resolver.resolve(PhysAddr) → dst_node_id (e.g., "sip0.cube0.hbm_ctrl.slice3")
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→ router.find_path(pe_prefix, dst_node_id) → path
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→ 1개 sub-Transaction 생성 → fabric inject
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```
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#### 새 흐름 (LA 기반)
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```
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DmaReadCmd.src_addr (LA)
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→ BAAW.resolve(LA, nbytes) → list[PhysicalRequest]
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→ 각 PhysicalRequest에 대해:
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→ router.find_path(pe_prefix, req.dst_node) → path
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→ compute_drain_ns(path, req.nbytes) → drain
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→ sub-Transaction 생성 → fabric inject
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→ 모든 sub-Transaction 완료 대기
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→ pe_txn.done.succeed()
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핵심 변경:
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- MMU 참조 제거 → BAAW resolve로 대체
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- PhysAddr.decode() + resolver.resolve() → BAAW가 직접 dst_node 반환
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- 1개 request → N개 request 병렬 inject (1:1 mode)
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### D6. 1:1 Mode 상세
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- 하나의 logical access → N개(= `channels_per_pe`)의 physical request
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- N은 `hbm_pseudo_channels / pes_per_cube`로 결정되는 파라미터
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- 각 request:
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- fully resolved 51-bit PA
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- 특정 channel router를 target (`{pe_prefix}.ch_r{channel_id}`)
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- per-channel link에 의한 BW contention 모델링
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- PE_DMA는 N개 sub-transaction을 동시에 inject
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#### 1:1 Mode 예시
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구성: `hbm_pseudo_channels=64`, `pes_per_cube=8`
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→ `channels_per_pe=8`, PE0이 ch0-7 소유
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```text
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Tensor A (4 KB) → LA 0x1_0000_0000, size=4096 bytes
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BAAW segment: {
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la_base: 0x1_0000_0000, la_size: 4096,
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mode: "one_to_one", channel_count: 8, # = channels_per_pe
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pa_bases: [PA_ch0, PA_ch1, ..., PA_ch7],
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channel_ids: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7],
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channel_size: 512, # = la_size / channel_count
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}
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BAAW resolve 결과 (N=8개 request):
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→ PhysicalRequest(pa=PA_ch0, nbytes=512, dst_node="sip0.cube0.pe0.ch_r0")
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→ PhysicalRequest(pa=PA_ch1, nbytes=512, dst_node="sip0.cube0.pe0.ch_r1")
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→ ...
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→ PhysicalRequest(pa=PA_ch7, nbytes=512, dst_node="sip0.cube0.pe0.ch_r7")
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PE_DMA: N개 sub-transaction 병렬 inject
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각각 channel router → hbm_ctrl link (channel_bw_gbs)를 통해 HBM 접근
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총 effective BW = N × channel_bw_gbs
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```
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N이 다른 구성의 예:
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- `hbm_pseudo_channels=32`, `pes_per_cube=8` → `channels_per_pe=4`, 4개 request
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- `hbm_pseudo_channels=64`, `pes_per_cube=4` → `channels_per_pe=16`, 16개 request
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### D7. n:1 Mode 상세
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- 하나의 logical access → 하나의 aggregated request
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- target: aggregated router → hbm_ctrl (ADR-0019 참조)
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- aggregated link BW = `channels_per_pe` × `channel_bw_gbs` (e.g., 8 × 32 = 256 GB/s)
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- single queue / resource로 모델링
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- per-channel PA 분해 없음
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#### n:1 Mode 예시
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```
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Tensor A (4 KB) → LA 0x1_0000_0000, size=4096 bytes
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|
BAAW segment: {
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la_base: 0x1_0000_0000, la_size: 4096,
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|
mode: "n_to_one",
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|
agg_pa_base: PA_agg,
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|
agg_node_id: "sip0.cube0.pe0.agg_router",
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|
}
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|
BAAW resolve 결과:
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→ PhysicalRequest(pa=PA_agg, nbytes=4096, dst_node="sip0.cube0.pe0.agg_router")
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PE_DMA: 1개 sub-transaction inject
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aggregated router → hbm_ctrl link (256 GB/s)를 통해 HBM 접근
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```
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### D8. Kernel Model 유지
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- kernel은 여전히 단일 memory op만 발행 (`tl.load`, `tl.store`, `tl.composite`)
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- LA가 커널에 전달되는 주소 체계
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- channel 분해/집계는 PE_DMA 내부 BAAW에서 수행
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- kernel 코드에 physical channel 정보가 노출되지 않음
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## Consequences
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### Positive
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- 1:1 vs n:1 semantics가 BAAW라는 단일 지점에서 명확히 분리됨
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- kernel abstraction 유지 — 커널 코드 변경 불필요
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- topology 기반 정책 제어 가능 (yaml에서 mode 전환)
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- simulation 모델 일관성 및 디버깅 용이성 향상
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- segment-based mapping은 page table 대비 단순하고 overhead가 낮음
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### Negative
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- VA/MMU 기반 코드 전체 리팩토링 필요
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- request 생성 경로 복잡도 증가 (1:1 mode에서 N개 request 관리)
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- n:1 mode에서 per-channel visibility 감소
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- 기존 VA 관련 테스트 재작성 필요
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## Alternatives
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### A1. VA 유지 + MMU에서 fan-out
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- MMU가 per-channel PA를 반환하도록 확장
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- 문제: MMU의 역할이 address translation을 넘어 request 분해까지 확장됨
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- 문제: n:1 mode에서 aggregation 표현이 어려움
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### A2. Kernel이 channel-aware request 생성
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- 커널이 직접 채널별 load/store를 호출
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- 문제: abstraction leakage, portability 저하
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- 문제: 모든 벤치마크 코드 수정 필요
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### A3. 항상 PA 사용 (LA 없이)
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- runtime이 직접 per-channel PA를 커널에 전달
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- 문제: aggregation 모델과 충돌
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- 문제: 변환 시점이 불명확, 커널에 channel 정보 노출
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## Implementation Notes
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### 구현 순서
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1. LA 타입 도입 (`policy/address/la_allocator.py`)
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2. BAAW segment table 구현 (`policy/address/baaw.py`)
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3. `BaawSegmentInstallMsg` 메시지 타입 추가 (`runtime_api/kernel.py`)
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4. PE_DMA에 BAAW 통합 (`components/builtin/pe_dma.py` handle_command 변경)
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5. RuntimeContext 변경: LA alloc + segment install (`runtime_api/context.py`)
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6. Tensor.va_base → la_base 변경 (`runtime_api/tensor.py`)
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7. VA/MMU 코드 제거
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8. topology.yaml에서 pe_mmu 제거, mapping mode 설정 추가
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9. 테스트 마이그레이션
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### 영향받는 기존 테스트
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| 테스트 파일 | 영향 |
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| `tests/test_mmu_component.py` | 제거 → BAAW segment install 테스트로 대체 |
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| `tests/test_mmu_fabric.py` | 제거 → BAAW + fabric 통합 테스트로 대체 |
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| `tests/test_pe_mmu.py` | 제거 |
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| `tests/test_va_allocator.py` | LA allocator 테스트로 대체 |
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| `tests/test_va_integration.py` | LA + BAAW 통합 테스트로 대체 |
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| `tests/test_va_offset.py` | LA offset 테스트로 대체 |
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## Test Requirements
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- 동일 logical access에 대해:
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- 1:1 → N개 request 생성 확인
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- n:1 → 1개 aggregated request 생성 확인
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- 두 모드에서 effective bandwidth 일관성 검증
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- 1:1 → per-channel contention 모델링 확인
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- n:1 → aggregated bandwidth 반영 확인
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- kernel 코드 변경 없이 동작 확인
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- BAAW segment install/uninstall 정상 동작
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- 여러 tensor가 서로 다른 segment에 할당될 때 충돌 없음
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## Links
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- ADR-0011 (Memory Addressing Simplification — PA-first, VA/MMU 도입) → 본 ADR이 대체
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- ADR-0019 (NOC Per-Channel HBM 연결 모델) → topology 측 연동
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- ADR-0014 (PE Internal Execution Model) → PE_DMA 변경 영향
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@@ -0,0 +1,513 @@
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# ADR-0019: CUBE NOC 내 Per-Channel 및 Aggregated HBM 연결 모델
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## Status
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Proposed
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## Context
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ADR-0018에서는 LA 기반 주소 추상화와 BAAW를 도입하여,
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logical memory access가 다음 두 형태의 request로 변환되도록 정의하였다.
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- 1:1 mode: 하나의 logical access → N개의 per-channel request
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- n:1 mode: 하나의 logical access → 하나의 aggregated request
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여기서 N = `hbm_pseudo_channels / pes_per_cube` (= `channels_per_pe`)이며,
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topology 파라미터로 결정된다.
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### 기존 구조의 문제
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현재 구현(`topology/builder.py`)에서는:
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- PE_DMA → NOC → xbar_top/xbar_bot → HBM_CTRL.slice{0-7} 경로를 사용
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- HBM은 8개 slice(= PE 수) 노드로 모델링됨
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- local/remote access가 서로 다른 경로를 사용:
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- local: NOC → xbar → HBM slice
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- cross-half: NOC → xbar_top → bridge → xbar_bot → HBM slice
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- remote cube: NOC → UCIe → remote NOC → remote xbar → remote HBM slice
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이 구조의 한계:
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- pseudo-channel 단위 모델링 불가 (slice = PE 단위, channel 단위 아님)
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- xbar/bridge가 local/remote 경로를 이원화
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- 1:1 / n:1 mode를 일관되게 표현할 수 없음
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## Decision
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### D1. HBM controller는 CUBE당 단일 endpoint로 정의한다
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현재의 `hbm_ctrl.slice{0-7}` (8개 노드)를 **`hbm_ctrl` 단일 노드**로 통합한다.
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- pseudo channel은 HBM controller 노드 자체가 아니라,
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controller에 연결되는 **link의 단위**로 표현한다
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- HBM controller 내부의 read/write resource 모델은 유지하되,
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mode에 따라 contention 단위가 달라진다:
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- 1:1 mode: per-channel link가 BW contention point (controller는 terminal)
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- n:1 mode: aggregated link가 BW contention point (controller는 terminal)
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노드 네이밍 변경:
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| 현재 | 변경 후 |
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| ---- | ------- |
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| `sip0.cube0.hbm_ctrl.slice0` ~ `slice7` | `sip0.cube0.hbm_ctrl` (단일) |
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### D2. xbar, bridge 완전 제거
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기존 다음 노드 및 관련 edge를 모두 제거한다:
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- `{cube}.xbar_top`, `{cube}.xbar_bot`
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- `{cube}.bridge.left`, `{cube}.bridge.right`
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- `noc_to_xbar`, `xbar_to_noc`, `xbar_to_hbm`, `hbm_to_xbar` 종류의 edge
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- `xbar_to_bridge`, `bridge_to_xbar` 종류의 edge
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|
이들의 역할(PE→HBM 라우팅, cross-half 연결)은
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channel router 및 horizontal line 연결이 대체한다 (D3, D4 참조).
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### D3. 1:1 mode: per-channel router 기반 연결
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#### channel router 정의
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1:1 mode에서 graph compiler는 pseudo-channel 수만큼의 **channel router** 노드를
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생성한다. channel router는 NOC의 일부이다.
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```text
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파라미터 예: hbm_pseudo_channels=64, pes_per_cube=8
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→ channels_per_pe = 8, 총 64개 channel router 생성
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```
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노드 네이밍: `{cube}.ch_r{global_channel_id}`
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| PE | 소유 channel routers |
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| -- | -------------------- |
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|
| PE0 | ch_r0, ch_r1, ..., ch_r7 |
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|
| PE1 | ch_r8, ch_r9, ..., ch_r15 |
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|
| ... | ... |
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|
| PE7 | ch_r56, ch_r57, ..., ch_r63 |
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|
일반화: PE `p`는 channel `p * channels_per_pe` ~ `(p+1) * channels_per_pe - 1`을 소유.
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|
#### PE_DMA ↔ channel router 연결
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각 PE_DMA는 자신의 local channel router N개와 양방향 link로 연결된다:
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```text
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sip0.cube0.pe0.pe_dma ←→ sip0.cube0.ch_r0 (bw: channel_bw_gbs)
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|
sip0.cube0.pe0.pe_dma ←→ sip0.cube0.ch_r1 (bw: channel_bw_gbs)
|
||||||
|
...
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||||||
|
sip0.cube0.pe0.pe_dma ←→ sip0.cube0.ch_r7 (bw: channel_bw_gbs)
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```
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|
- edge kind: `pe_to_ch_router` / `ch_router_to_pe`
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|
- BW: `hbm_channel_bw_gbs` (e.g., 32 GB/s)
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|
- distance: PE에서 channel router까지의 물리적 거리 (layout 기반)
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#### channel router ↔ HBM controller 연결
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각 channel router는 cube의 hbm_ctrl과 양방향 link로 연결된다:
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```text
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sip0.cube0.ch_r0 ←→ sip0.cube0.hbm_ctrl (bw: channel_bw_gbs)
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|
sip0.cube0.ch_r1 ←→ sip0.cube0.hbm_ctrl (bw: channel_bw_gbs)
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|
...
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|
sip0.cube0.ch_r63 ←→ sip0.cube0.hbm_ctrl (bw: channel_bw_gbs)
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```
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- edge kind: `ch_router_to_hbm` / `hbm_to_ch_router`
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|
- BW: `hbm_channel_bw_gbs` (e.g., 32 GB/s)
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#### 1:1 mode 전체 데이터 경로
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```text
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PE0.pe_dma
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├→ ch_r0 → hbm_ctrl (32 GB/s)
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├→ ch_r1 → hbm_ctrl (32 GB/s)
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|
├→ ...
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|
└→ ch_r7 → hbm_ctrl (32 GB/s)
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|
총 PE0 local BW = N × channel_bw_gbs
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```
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### D4. 1:1 mode: horizontal line 연결 (cross-PE channel 접근)
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#### 배치 규칙
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같은 **logical index**를 가지는 channel router들을 동일한 horizontal row에 배치한다.
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logical index 정의: `logical_idx = global_channel_id % channels_per_pe`
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```text
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파라미터 예: channels_per_pe=8, pes_per_cube=8
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Row 0: ch_r0 (PE0) ↔ ch_r8 (PE1) ↔ ch_r16 (PE2) ↔ ... ↔ ch_r56 (PE7)
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Row 1: ch_r1 (PE0) ↔ ch_r9 (PE1) ↔ ch_r17 (PE2) ↔ ... ↔ ch_r57 (PE7)
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Row 2: ch_r2 (PE0) ↔ ch_r10 (PE1) ↔ ch_r18 (PE2) ↔ ... ↔ ch_r58 (PE7)
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|
...
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Row 7: ch_r7 (PE0) ↔ ch_r15 (PE1) ↔ ch_r23 (PE2) ↔ ... ↔ ch_r63 (PE7)
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```
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|
일반화: Row `r`에는 `{ch_r(p * N + r) | p ∈ 0..pes_per_cube-1}`이 위치.
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여기서 `N = channels_per_pe`.
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#### horizontal line edge
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같은 row에서 인접한 channel router끼리 양방향 edge로 연결:
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```text
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ch_r0 ↔ ch_r8 ↔ ch_r16 ↔ ... ↔ ch_r56
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```
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- edge kind: `ch_horizontal`
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- BW: `hbm_channel_bw_gbs` (or configurable inter-PE channel BW)
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- distance: PE 간 물리적 거리
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#### cross-PE HBM 접근 경로 (1:1 mode)
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PE0이 PE1의 local channel (ch_r8)에 접근하는 경우:
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```text
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PE0.pe_dma → ch_r0 → ch_r8 (horizontal hop) → hbm_ctrl
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```
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Dijkstra router가 horizontal line을 통해 최단 경로를 탐색한다.
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#### 설계 의도
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이 배치 규칙은:
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- routing 규칙 단순화: horizontal = cross-PE, vertical = PE-local
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- 거리 계산 단순화: row 내 hop 수 = |src_pe - dst_pe|
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- 구조적 반복성 확보: 모든 row가 동일한 구조
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### D5. n:1 mode: aggregated router 기반 연결
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#### aggregated router 정의
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n:1 mode에서 graph compiler는 PE당 1개의 **aggregated router** 노드를 생성한다.
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aggregated router는 NOC의 일부이다.
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노드 네이밍: `{cube}.pe{p}.agg_router`
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#### 연결 구조
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```text
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sip0.cube0.pe0.pe_dma ←→ sip0.cube0.pe0.agg_router (bw: N × channel_bw_gbs)
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sip0.cube0.pe0.agg_router ←→ sip0.cube0.hbm_ctrl (bw: N × channel_bw_gbs)
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```
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- edge kind: `pe_to_agg_router` / `agg_router_to_pe`, `agg_to_hbm` / `hbm_to_agg`
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- BW: `channels_per_pe × hbm_channel_bw_gbs` (e.g., 8 × 32 = 256 GB/s)
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#### cross-PE 접근 (n:1 mode)
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PE0이 PE1의 local HBM에 접근하는 경우:
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```text
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|
PE0.pe_dma → PE0.agg_router → PE1.agg_router → hbm_ctrl
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```
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|
aggregated router 간 연결:
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```text
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pe0.agg_router ↔ pe1.agg_router ↔ pe2.agg_router ↔ ... ↔ pe7.agg_router
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```
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|
- edge kind: `agg_horizontal`
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|
- BW: configurable (inter-PE aggregated BW)
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|
#### n:1 mode 전체 데이터 경로
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```text
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PE0.pe_dma → PE0.agg_router → hbm_ctrl
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(BW = N × channel_bw_gbs = 256 GB/s)
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```
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### D6. local / remote access를 NOC로 통일한다
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- 모든 memory access는 NOC(channel router 또는 aggregated router)를 통해 전달된다
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- local access도 별도의 fast path(xbar)를 사용하지 않는다
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- cross-cube (remote) access 경로:
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```text
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1:1 mode: PE_DMA → ch_r{local} → ch_r{...} → UCIe → remote_ch_r → remote_hbm_ctrl
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n:1 mode: PE_DMA → agg_router → UCIe → remote_agg_router → remote_hbm_ctrl
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```
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UCIe 연결은 기존 구조를 유지하되,
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양쪽 endpoint가 xbar 대신 channel router 또는 aggregated router가 된다.
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### D7. AddressResolver 변경
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현재 `AddressResolver.resolve()`:
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```python
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# 현재: HBM offset → pe_slice → "sip{s}.cube{c}.hbm_ctrl.slice{pe_slice}"
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|
pe_slice = PhysAddr.hbm_pe_id(addr.hbm_offset, self._slice_size_bytes)
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return f"sip{s}.cube{c}.hbm_ctrl.slice{pe_slice}"
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|
```
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||||||
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|
변경 후:
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|
```python
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# 변경: HBM → 단일 endpoint
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return f"sip{s}.cube{c}.hbm_ctrl"
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|
```
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|
pe_slice 계산이 제거된다.
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|
BAAW가 이미 dst_node를 결정하므로, PE_DMA의 1:1 mode에서는
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resolver를 거치지 않고 BAAW가 직접 channel router node_id를 반환한다.
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|
n:1 mode에서도 BAAW가 aggregated router node_id를 반환한다.
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resolver.resolve()는 외부 접근(M_CPU DMA 등) 및 backward compatibility용으로 유지한다.
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### D8. topology.yaml 설정 변경
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|
#### 추가 설정
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```yaml
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cube:
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memory_map:
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hbm_mapping_mode: n_to_one # one_to_one | n_to_one
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hbm_pseudo_channels: 64 # 전체 pseudo channel 수
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hbm_channels_per_pe: 8 # PE당 local channel 수 (= pseudo_channels / pes_per_cube)
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|
hbm_channel_bw_gbs: 32.0 # per-channel bandwidth (GB/s)
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|
hbm_total_gb_per_cube: 48 # 유지
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```
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||||||
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|
#### 제거 설정
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|
```yaml
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|
# 제거 대상
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links:
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xbar_to_hbm_bw_gbs: 256.0 # → channel_bw_gbs × channels_per_pe로 대체
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|
xbar_to_hbm_mm: 2.5 # → ch_router_to_hbm_mm으로 대체
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||||||
|
xbar_to_bridge_bw_gbs: 128.0 # → 제거 (bridge 없음)
|
||||||
|
xbar_to_bridge_mm: 3.0 # → 제거
|
||||||
|
noc_to_xbar_bw_gbs: ... # → 제거
|
||||||
|
noc_to_xbar_mm: ... # → 제거
|
||||||
|
```
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||||||
|
|
||||||
|
#### 추가 link 설정
|
||||||
|
|
||||||
|
```yaml
|
||||||
|
links:
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||||||
|
pe_to_ch_router_bw_gbs: 32.0 # PE_DMA ↔ channel router
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pe_to_ch_router_mm: 1.0 # 물리적 거리
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ch_router_to_hbm_bw_gbs: 32.0 # channel router ↔ hbm_ctrl
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ch_router_to_hbm_mm: 2.0 # 물리적 거리
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ch_horizontal_bw_gbs: 32.0 # channel router 간 horizontal link
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ch_horizontal_mm: 1.5 # PE 간 horizontal 거리
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# n:1 mode용
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pe_to_agg_router_bw_gbs: 256.0 # PE_DMA ↔ aggregated router
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agg_to_hbm_bw_gbs: 256.0 # aggregated router ↔ hbm_ctrl
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agg_horizontal_bw_gbs: 256.0 # aggregated router 간 link
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```
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### D9. 대역폭 수치 정합
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| 구성 | 값 |
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| pseudo channels per cube | 64 (파라미터) |
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| PEs per cube | 8 (파라미터) |
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| channels per PE (N) | `pseudo_channels / pes_per_cube` = 8 |
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| per-channel BW | 32 GB/s (파라미터) |
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| per-PE local BW | N × 32 = 256 GB/s |
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| cube total HBM BW | 64 × 32 = 2048 GB/s |
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두 모드에서 PE당 effective BW는 동일:
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- 1:1 mode: N개 channel link × channel_bw_gbs = N × 32 = 256 GB/s
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- n:1 mode: 1개 aggregated link = N × channel_bw_gbs = 256 GB/s
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## Consequences
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### Positive
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- 1:1 mode에서 pseudo-channel 단위 BW contention 모델링이 자연스럽다
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- n:1 mode에서 aggregated bandwidth 모델이 단순하다
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- local / remote access 경로가 NOC로 통일된다
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- graph compiler 기반 topology 생성과 잘 맞는다
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- channel 수, PE 수가 모두 파라미터이므로 다양한 구성을 테스트할 수 있다
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### Negative
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- 1:1 mode에서 router 및 link 수가 크게 증가한다
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(64 channel routers + 64 edges to HBM + 56 horizontal edges per cube)
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- local access도 NOC 경로를 사용하므로 모델이 더 일반화된다
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- 기존 xbar 기반 테스트 전면 재작성 필요
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- SimPy 노드 수 증가에 따른 시뮬레이션 성능 영향 가능
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## Alternatives
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### A1. 기존 xbar + HBM slice 유지
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- local/remote 경로가 이원화됨
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- pseudo-channel 단위 모델링 불가
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- 1:1/n:1 mode 전환 불가
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### A2. per-channel link를 항상 생성하고 n:1에서만 집계
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- topology 구조가 항상 1:1 크기
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- n:1 semantics를 link aggregation으로 표현하기 복잡
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- router 노드 수 감소 효과 없음
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### A3. 단계적 전환 (xbar 유지 + NOC 경로 추가)
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- 호환성은 높으나 두 경로 공존으로 복잡도 증가
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- 최종적으로 xbar 제거가 필요하므로 중간 단계의 가치가 낮음
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## Implementation Notes
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### topology/builder.py 변경 상세
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#### 제거할 코드 (현재 `_instantiate_cube()` 내)
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- xbar_top, xbar_bot 노드 생성 (~line 495-508)
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- bridge.left, bridge.right 노드 생성
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- noc ↔ xbar edge 생성 (~line 540-555)
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- xbar ↔ hbm_ctrl.slice edge 생성 (~line 510-538)
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- xbar ↔ bridge edge 생성 (~line 557-572)
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#### 추가할 코드
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1:1 mode:
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```python
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N = hbm_channels_per_pe # from topology config
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total_ch = hbm_pseudo_channels
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# channel router 노드 생성
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for ch_id in range(total_ch):
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pe_id = ch_id // N
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nodes[f"{cp}.ch_r{ch_id}"] = Node(
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id=f"{cp}.ch_r{ch_id}", kind="noc_router", impl="noc_v1",
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|
attrs={}, pos_mm=(...), # horizontal row = ch_id % N
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)
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# PE_DMA ↔ local channel router edges
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for pe_id in range(pes_per_cube):
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for local_ch in range(N):
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ch_id = pe_id * N + local_ch
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|
edges.append(Edge(
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||||||
|
src=f"{cp}.pe{pe_id}.pe_dma", dst=f"{cp}.ch_r{ch_id}",
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||||||
|
bw_gbs=channel_bw, kind="pe_to_ch_router", ...))
|
||||||
|
edges.append(Edge(
|
||||||
|
src=f"{cp}.ch_r{ch_id}", dst=f"{cp}.pe{pe_id}.pe_dma",
|
||||||
|
bw_gbs=channel_bw, kind="ch_router_to_pe", ...))
|
||||||
|
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|
# channel router ↔ hbm_ctrl edges
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for ch_id in range(total_ch):
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edges.append(Edge(
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||||||
|
src=f"{cp}.ch_r{ch_id}", dst=f"{cp}.hbm_ctrl",
|
||||||
|
bw_gbs=channel_bw, kind="ch_router_to_hbm", ...))
|
||||||
|
edges.append(Edge(
|
||||||
|
src=f"{cp}.hbm_ctrl", dst=f"{cp}.ch_r{ch_id}",
|
||||||
|
bw_gbs=channel_bw, kind="hbm_to_ch_router", ...))
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# horizontal line edges (same logical index)
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for row in range(N):
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for p in range(pes_per_cube - 1):
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ch_a = p * N + row
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ch_b = (p + 1) * N + row
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|
edges.append(Edge(
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||||||
|
src=f"{cp}.ch_r{ch_a}", dst=f"{cp}.ch_r{ch_b}",
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||||||
|
bw_gbs=ch_horizontal_bw, kind="ch_horizontal", ...))
|
||||||
|
edges.append(Edge(
|
||||||
|
src=f"{cp}.ch_r{ch_b}", dst=f"{cp}.ch_r{ch_a}",
|
||||||
|
bw_gbs=ch_horizontal_bw, kind="ch_horizontal", ...))
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||||||
|
```
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n:1 mode:
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```python
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# aggregated router 노드 생성
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for pe_id in range(pes_per_cube):
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||||||
|
nodes[f"{cp}.pe{pe_id}.agg_router"] = Node(
|
||||||
|
id=f"{cp}.pe{pe_id}.agg_router", kind="noc_router", impl="noc_v1",
|
||||||
|
attrs={}, pos_mm=(...),
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|
)
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||||||
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|
agg_bw = N * channel_bw # aggregated BW
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# PE_DMA ↔ aggregated router
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for pe_id in range(pes_per_cube):
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edges.append(Edge(
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||||||
|
src=f"{cp}.pe{pe_id}.pe_dma", dst=f"{cp}.pe{pe_id}.agg_router",
|
||||||
|
bw_gbs=agg_bw, kind="pe_to_agg_router", ...))
|
||||||
|
edges.append(Edge(
|
||||||
|
src=f"{cp}.pe{pe_id}.agg_router", dst=f"{cp}.pe{pe_id}.pe_dma",
|
||||||
|
bw_gbs=agg_bw, kind="agg_router_to_pe", ...))
|
||||||
|
|
||||||
|
# aggregated router ↔ hbm_ctrl
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||||||
|
for pe_id in range(pes_per_cube):
|
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|
edges.append(Edge(
|
||||||
|
src=f"{cp}.pe{pe_id}.agg_router", dst=f"{cp}.hbm_ctrl",
|
||||||
|
bw_gbs=agg_bw, kind="agg_to_hbm", ...))
|
||||||
|
edges.append(Edge(
|
||||||
|
src=f"{cp}.hbm_ctrl", dst=f"{cp}.pe{pe_id}.agg_router",
|
||||||
|
bw_gbs=agg_bw, kind="hbm_to_agg", ...))
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||||||
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# aggregated router 간 horizontal link
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for p in range(pes_per_cube - 1):
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edges.append(Edge(
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||||||
|
src=f"{cp}.pe{p}.agg_router", dst=f"{cp}.pe{p+1}.agg_router",
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||||||
|
bw_gbs=agg_horizontal_bw, kind="agg_horizontal", ...))
|
||||||
|
edges.append(Edge(
|
||||||
|
src=f"{cp}.pe{p+1}.agg_router", dst=f"{cp}.pe{p}.agg_router",
|
||||||
|
bw_gbs=agg_horizontal_bw, kind="agg_horizontal", ...))
|
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```
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### 영향받는 기존 테스트
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| 테스트 파일 | 영향 |
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| `tests/test_topology_compile.py` | xbar/bridge 노드 참조 제거, channel router 검증 추가 |
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| `tests/test_topology_load.py` | topology.yaml 설정 변경 반영 |
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| `tests/test_pe_components.py` | PE_DMA 라우팅 경로 변경 |
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| `tests/test_sip_parallel.py` | cross-PE 접근 경로 변경 |
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| xbar/bridge를 직접 테스트하는 케이스 | 제거 |
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## Test Requirements
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- 1:1 mode에서 channel별 link로 request가 전달되는지 확인
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- n:1 mode에서 aggregated link로 request가 전달되는지 확인
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- 두 mode에서 topology가 올바르게 생성되는지 검증:
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- 1:1: `total_ch`개 channel router + per-PE link + horizontal link
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- n:1: `pes_per_cube`개 aggregated router + per-PE link
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- 동일 workload에서 effective BW가 두 모드에서 일관적인지 확인
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- cross-PE 접근 시 horizontal line routing이 동작하는지 확인
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- cross-cube 접근 시 UCIe를 통한 routing이 동작하는지 확인
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- 파라미터 변경 (channels_per_pe = 4, 8, 16 등)에서 topology 생성이 정상인지 확인
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## Links
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- ADR-0018 (LA + BAAW) → addressing 측 연동
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- ADR-0017 (Cube NOC 2D Mesh) → 본 ADR이 xbar/bridge 부분을 대체
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- ADR-0004 (Memory Semantics) → BW 모델 재정의
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- ADR-0014 (PE Internal Execution Model) → PE_DMA 경로 변경 영향
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Reference in New Issue
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