Microsoft Word - 信学NS ルネサス岩本-2pm

社団法人 電子情報通信学会 信学技報

THE INSTITUTE OF ELECTRONICS, IEICE Technical Report INFORMATION AND COMMUNICATION ENGINEERS

省電力化を実現するスライス化ルータアーキテクチャ

岩本 久

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井上 一成

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阿多 信吾

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大谷 嗣朗

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長谷川 剛

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矢野 祐二

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黒田 泰斗

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村田 正幸

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_{ルネサスエレクトロニクス株式会社 〒664-0005 兵庫県伊丹市瑞原4-1}

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_{大阪市立大学大学院工学研究科 〒558-8585 大阪市住吉区杉本3-3-138}

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_{日立情報通信エンジニアリング株式会社 〒220-6122 神奈川県横浜市西区みなとみらい2丁目3－3}

クイーンズタワーB22階

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_{国立大学法人大阪大学 大学院情報科学研究科 〒565-0871 大阪府吹田市山田丘1－5}

E-mail:

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{ hisashi.iwamoto.xm@,kazunari.inoue.wj@,yuji.yano.xc@,yasuto.kuroda.xc@}renesas.com

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[email protected],

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[email protected],

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{ murata@ist, hasegawa@cmc}osaka-u.ac.jp

あらまし コンテンツ配信や携帯電話需要によりネットワークトラヒックは成長を続け、インフラ整備やネットワ

ーク機器の性能向上は継続的な課題となっている。同時に今後のルータ含む機器のエネルギー消費量は、地球環境

規模にも及ぶ影響が指摘され、ネットワーク機器の省電力化は性能の追及とともに急務である。我々研究グループ

ではトラヒック予測とスライス化アーキテクチャをルータへ導入し、必要な帯域性能に動的に追従する効果的な省

電力化の実現を検討中である。本稿ではスライス化LSIの具体構成と適用について考案し、省電力スライス化ルータ

の有効性を示す。

キーワード IP ルータ、スライス化、低消費電力、トラヒック予測

A Router Architecture comprises plural components of Slice

enabling Energy Consumption Reduction

Hisashi IWAMOTO

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, Kazunari INOUE

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, Shingo ATA

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, Shiro OTANI

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, Go HASEGAWA

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,

Yuji YANO

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, Yasuto KURODA

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, and Masayuki MURATA

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E-mail:

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{ hisashi.iwamoto.xm@,kazunari.inoue.wj@,yuji.yano.xc@,yasuto.kuroda.xc@}renesas.com

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[email protected],

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[email protected],

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{ murata@ist,

hasegawa@cmc}osaka-u.ac.jp

Abstract The complete network service of infrastructure is an urgent issue by means of continuous growth in network

traffic. Apparently, the energy consumption of network routers may arise one of global environmental affairs, and therefore

Research and Development works regarding power reduction is well desired. Our group proposes a unique feature embedded

onto routers, which consists of plurality of slice, and is dynamically controlled by the prediction of network traffic flow. In this

paper, we've examined slice control and LSI architecture, and have shown the validity of slice-architectural router.

1.

は じ め に

動 画 に よ る コ ン テ ン ツ 配 信 や 、 情 報 端 末 付 き 携 帯 電 話 （ ス マ ー ト フ ォ ン ） 需 要 に よ り 、 ネ ッ ト ワ ー ク ト ラ ヒ ッ ク は 今 な お 、 爆 発 的 勢 い で 成 長 を 続 け 、 社 会 イ ン フ ラ の 整 備 や ネ ッ ト ワ ー ク 機 器 の 性 能 の 向 上 は 継 続 的 な 技 術 課 題 と な っ て い る 。 総 務 省 「 地 球 温 暖 化 問 題 へ の 対 応 に 向 け た IC T政 策 に 関 す る 研 究 会 」報 告 書（ 平 成 20 年 度 ） に よ れ ば 、 今 後 省 電 力 対 策 が な さ れ な い 場 合 、 2012 年 度 に は ル ー タ の 消 費 電 力 は ICT 機 器 の 消 費 電 力 全 体 の 14 % 、お よ そ 7 9.8 億 kW h に 達 し 、こ れ は 我 が 国 の 20 06 年 度 消 費 電 力 の 約 0. 9% に 相 当 す る 。 ま た 、 経 済 産 業 省 の 試 算 で は 、 国 内 の ル ー タ （ 現 在 約 20 0 0万 台 ） を 含 む ネ ッ ト ワ ー ク 機 器 の 総 消 費 電 力 は 2 006 年 度 で 約 80億 kWh 、20 2 5年 度 に は 約 1,03 3億 kWh に 急 増 す る と 指 摘 さ れ て い る 。 こ れ ら の 予 測 に お い て は 、 ネ ッ ト ワ ー ク 機 器 、 特 に ル ー タ の 消 費 電 力 が 大 き な 割 合 を 占 め て お り 、 性 能 の 追 及 と と も に そ の 省 電 力 化 が 急 務 で あ る 。 一 般 に ル ー タ な ど の ネ ッ ト ワ ー ク 機 器 は ト ラ ヒ ッ ク 量 の 変 動 に 関 係 な く 、 常 に 10 0% の 処 理 能 力 で 動 作 し 続 け る こ と を 前 提 と し て 設 計 さ れ て き た 。 そ の 結 果 、 特 に 夜 間 や 休 日 な ど 、 ト ラ ヒ ッ ク 量 が 少 な い 場 合 に は 、 消 費 電 力 に 大 き な 無 駄 が 生 じ る 。 そ こ で 、 ト ラ ヒ ッ ク 変 動 に 応 じ て ト ラ ヒ ッ ク を 特 定 の 経 路 に 集 約 し 、 不 要 と な っ た 経 路 上 の ル ー タ を 停 止 さ せ る こ と に よ っ て 省 電 力 化 を 図 る ト ラ ヒ ッ ク エ ン ジ ニ ア リ ン グ 技 術 の 研 究 開 発 な ど も 進 め ら れ て い る 。 [1] 現 在 、 ル ー タ は 種 々 の 機 能 コ ン ポ ー ネ ン ト を 用 途 お よ び 規 模 に 応 じ て 組 み 合 わ せ る こ と で 構 成 さ れ て い る 。 一 般 的 な ル ー タ に お け る コ ン ポ ー ネ ン ト ご と の 消 費 電 力 は 1. 電 源 お よ び シ ャ ー シ （ 電 力 変 換 お よ び 冷 却 含 む ）： 約 33 % 2. ラ イ ン カ ー ド ： 約 42 % 3. ス イ ッ チ フ ァ ブ リ ッ ク ： 約 1 5% 4. コ ン ト ロ ー ル プ レ ー ン ： 約 1 0% と さ れ て い る 。 [2] さ ら に 、 ラ イ ン カ ー ド に つ い て は 、 ラ イ ン カ ー ド 上 に 「 検 索 エ ン ジ ン 」「 バ ッ フ ァ 」「 入 出 力 イ ン タ ー フ ェ ー ス 」 な ど の コ ン ポ ー ネ ン ト が 搭 載 さ れ て お り 、 ラ イ ン カ ー ド の 消 費 電 力 約 42 ％ の 内 訳 は 、 1. 検 索 エ ン ジ ン ： 約 32 % 2. バ ッ フ ァ ： 約 3.5 % 3. 入 出 力 ： 約 6. 5% と な っ て い る 。ま た 、キ ャ リ ア ク ラ ス の ル ー タ (Cis co CRS- 1) に お け る コ ン ポ ー ネ ン ト ご と の 消 費 電 力 に つ い て は 、 1. ラ イ ン カ ー ド （ 検 索 エ ン ジ ン ） 約 50% 2. ラ イ ン カ ー ド （ バ ッ フ ァ ） 約 20% 3. 電 源 （ 電 力 変 換 ） 約 15% と い っ た 数 値 も 示 さ れ て い る 。 電 力 変 換 及 び 冷 却 は 内 部 コ ン ポ ー ネ ン ト の 消 費 電 力 に 比 例 す る と 考 え る こ と が で き る た め 、 ル ー タ に お い て は ラ イ ン カ ー ド お よ び ス イ ッ チ フ ァ ブ リ ッ ク で そ の 5 0% 以 上 の 電 力 消 費 を 占 め て い る こ と が わ か る 。 さ ら に 、 ラ イ ン カ ー ド に お い て は 、記 憶 素 子 お よ び 検 索 回 路 な ど の LS Iが 大 き な 電 力 を 消 費 し て い る た め 、 こ れ ら の 低 消 費 電 力 化 が ル ー タ の 省 電 力 化 の 鍵 と な る 。 我 々 研 究 グ ル ー プ で は 、 ル ー タ に お け る 機 能 コ ン ポ ー ネ ン ト を L SIレ ベ ル で 細 分 化 し た （ ス ラ イ ス 化 ） ア ー キ テ ク チ ャ を 提 案 し 、 ト ラ ヒ ッ ク 変 動 に 適 応 的 に 追 従 可 能 な 省 電 力 制 御 に よ っ て 、 低 消 費 電 力 化 の 実 現 を 目 指 し て い る 。[3] 本 稿 で は 、 ル ー タ の 低 消 費 電 力 化 を 目 的 と し て 、 主 要 な 役 割 を 担 う メ モ リ ベ ー ス の L SI の ス ラ イ ス 化 と LS I待 機 時 に つ い て 、 電 力 消 費 を 完 全 に 遮 断 す る コ ー ル ド ス タ ン バ イ と 復 帰 時 間 の 短 い ホ ッ ト ス タ ン バ イ の 導 入 に よ っ て 動 的 な 制 御 を 示 し 、 効 果 的 な 省 電 力 効 果 と 有 効 性 を 示 す 。 以 下 、2 ．で は 先 端 テ ク ノ ロ ジ を 用 い た LSIの 機 時 消 費 電 力 の 問 題 と 本 研 究 に よ る コ ー ル ド ス タ ン バ イ と ホ ッ ト ス タ ン バ イ の 概 念 に つ い て 説 明 す る 。3 ．で は コ ー ル ド ス タ ン バ イ と ホ ッ ト ス タ ン バ イ の 具 体 的 実 現 方 法 に つ い て 述 べ る 。4．で は 、ル ー タ の 各 処 理 部 に つ い て ス ラ イ ス 化 の 適 用 を 考 察 し 、5 . で ス ラ イ ス 化 ル ー タ の ま と め と 今 後 の 課 題 に つ い て 述 べ る 。

2.

LSI待 機 時 の 消 費 電 力

図 １ は 、 65 n mCMO Sテ ク ノ ロ ジ を 用 い て カ ス タ ム 型 メ モ リ LS Iの 消 費 電 力 を 速 度 性 能 毎 に シ ミ ュ レ ー シ ョ ン し た も の で あ る 。 パ ラ メ ー タ と し て ネ ッ ト ワ ー ク ト ラ ヒ ッ ク 帯 域 を 0 Gbps , 10 Gbps , 20G bps , 40 Gbps と 与 え 、 最 少 フ レ ー ム が 連 続 し て 処 理 さ れ た 場 合 の 電 流 値 を 示 し

て い る 。 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 条 件 は 電 圧 が 1 .2V 、 室 温 、 標 準 の ト ラ ン ジ ス タ パ ラ メ ー タ で あ る 。 帯 域 が 増 す に つ れ 消 費 す る 電 琉 は 線 形 的 に 増 加 す る が 、 注 目 す べ き は 、 帯 域 0G b ps時 、 即 ち L SIに と っ て 待 機 時 の 電 流 は ゼ ロ 値 を 示 さ ず 、 40G bps 帯 域 の お よ そ 60 ％ を 占 め る 。 こ の 傾 向 は 昨 今 の 40n mや 2 8nm な ど 先 端 テ ク ノ ロ ジ を 用 い た LS Iで さ ら に 顕 著 で あ り 、ト ラ ン ジ ス タ の 微 細 化 に 伴 う オ フ リ ー ク に 起 因 す る 。 加 え て デ ー タ を 保 持 す る た め リ フ レ ッ シ ュ 電 流 も 外 部 の 速 度 に 依 存 し な い 定 常 電 流 と し て 付 加 さ れ る 。 従 っ て 、 使 用 帯 域 に よ っ て LSI の 動 作 周 波 数 を 制 御 す る 限 り の 手 法 に お い て は 、 こ の オ フ リ ー ク と リ フ レ ッ シ ュ 電 流 を 常 時 消 費 す る た め 、 有 効 な 省 エ ネ ル ギ ー 効 果 を 得 る こ と が で き な い 。

Data Rate(Gbps)

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図 １ デ ー タ 転 送 レ ー ト v s. 電 流 我 々 研 究 グ ル ー プ は こ の よ う な 問 題 に 鑑 み て 、LSI 内 部 を 小 規 模 の 複 数 ス ラ イ ス に 分 割 し 、 ス ラ イ ス 単 位 の 動 作 制 御 に 加 え 、 ト ラ ヒ ッ ク に 追 従 可 能 な 復 帰 時 間 を 優 先 し た ホ ッ ト ス タ ン バ イ と 、 復 帰 時 間 は 長 い が 電 力 消 費 を 伴 わ な い コ ー ル ド ス タ ン バ イ と い う ２ つ の 待 機 状 態 を 制 御 す る ア ー キ テ ク チ ャ を 提 案 す る 。 例 え ば 、 帯 域 予 測 値 が 2 0Gbp sで あ れ ば 、ス ラ イ ス 2/4 が 動 作 し 、1/4 は 完 全 な コ ー ル ド ス タ ン バ イ 、残 り 1/4 は ト ラ ヒ ッ ク が 増 加 し た 場 合 に 備 え 、 1 /16 を 即 時 に 動 作 モ ー ド に 移 行 が 可 能 な ホ ッ ト ス タ ン バ イ 、 3 /16 を コ ー ル ド ス タ ン バ イ に て 待 機 し 、 効 率 的 な 省 電 力 効 果 を 得 る 。 こ こ で ス ラ イ ス 化 LS I 自 身 は 、能 動 的 に ス ラ イ ス の 動 作 制 御 が 出 来 な い た め 、 統 計 情 報 に 基 づ く ト ラ ヒ ッ ク の 予 測 技 術 に 基 づ く 管 理 機 構 に よ っ て 、 各 ス ラ イ ス の 動 作 ・ 待 機 を 制 御 し な け れ ば な ら な い 。 こ の よ う に 、 本 稿 で 示 す 省 電 力 ル ー タ は 、主 要 コ ン ポ ー ネ ン ト と な る LS I に コ ー ル ド ス タ ン バ イ と ホ ッ ト ス タ ン バ イ と い う 異 な る 待 機 状 態 を 導 入 し 、 効 率 的 に 制 御 す る こ と に よ っ て 省 電 力 化 を 実 現 す る 。 次 章 3. で は 、 電 力 消 費 を 伴 わ な い コ ー ル ド ス タ ン バ イ と 復 帰 時 間 を 優 先 し た ホ ッ ト ス タ ン バ イ の 具 体 テ ク 実 現 手 法 に つ い て 示 す 。

3.

コ ー ル ド ス タ ン バ イ と ホ ッ ト ス タ ン バ イ

図 2 は 提 案 す る ホ ッ ト ス タ ン バ イ と コ ー ル ド ス タ ン バ イ の 具 体 的 実 現 方 法 を 示 し た 例 で あ る 。 コ ー ル ド ス タ ン バ イ は 、 電 源 レ ギ ュ レ ー タ を 制 御 し 内 部 へ の 電 源 供 給 を 遮 断 す る 。L SI 内 部 で こ の レ ギ ュ レ ー タ 制 御 を 行 っ た 場 合 の 消 費 電 力 合 計 は 、 ホ ッ ト ス タ ン バ イ 値 と 比 較 し て 、 1 %以 下 で あ る こ と は シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ っ て 実 証 済 で あ る 。 但 し 、 動 作 ま で の 復 帰 時 間 は 1 0ms 未 満 と な る た め コ ー ル ド ス タ ン バ イ に よ る 待 機 だ け で は ト ラ ヒ ッ ク に 追 従 す る こ と が 困 難 で あ り 、 ネ ッ ト ワ ー ク ル ー タ と し て の 品 質 が 問 題 と な る 。 よ っ て 高 速 に 動 作 モ ー ド に 復 帰 が 可 能 な ホ ッ ト ス タ ン バ イ を 追 加 導 入 す る 。 ホ ッ ト ス タ ン バ イ は 図 2に 示 す LSI の 内 部 メ モ リ ア レ イ と 同 様 に ス ラ イ ス 化 し 、 そ れ ぞ れ か ら 分 岐 分 配 す る 内 部 C LK 網 を 遮 断 し 、各 ア レ イ で 消 費 さ れ て い た リ フ レ ッ シ ュ 電 流 と 内 部 CL K に よ る 充 放 電 流 の 削 減 を 図 る 。 Regulator Custom Memory Regulator Custom Memory Regulator Custom Memory Vdd Vdd Vdd Data Controller CLK Memory Array Memory Array Memory Array Memory Array From Controller From Controller From Controller From Controller 図 2 コ ー ル ド ス タ ン バ イ と ホ ッ ト ス タ ン バ イ 2つ の 待 機 時 を 有 す る ス ラ イ ス 化 LS I に よ る 消 費 電 力 の 低 減 効 果 を 図 3 の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で 示 す 。コ ー ル ド ス タ ン バ イ と ホ ッ ト ス タ ン バ イ と い う 2 つ の 待 機 時 モ ー ド の 導 入 と ス ラ イ ス 制 御 に よ り 、 転 送 レ ー ト に 追 随 し て 電 力 消 費 は 低 減 し 、 ス ラ イ ス 化 さ れ な い 場 合 と 比 較 し て 50% 強 の 削 減 が 可 能 と な る 。 本 稿 で 取 上 げ る 課 題

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Hot Stand‐By

Cold Stand‐By

図 3 ホ ッ ト ＆ コ ー ル ド ス タ ン バ イ の 電 流 値

4.

ル ー タ の 各 処 理 部 と ス ラ イ ス 化

本 章 は 、 省 電 力 ス ラ イ ス 化 の ル ー タ へ の 組 込 み 、 適 用 に つ い て 議 論 す る 。 ル ー タ は 、 回 線 を 搭 載 す る ラ イ ン カ ー ド 上 に パ ケ ッ ト の 処 理 、制 御 L S Iを 搭 載 す る 分 散 型 ア ー キ テ ク チ ャ と 、 各 ラ イ ン カ ー ド を 集 約 す る 上 位 フ ァ ブ リ ッ ク 側 で 集 中 管 理 と 処 理 、 制 御 す る 集 中 型 ア ー キ テ ク チ ャ に 大 別 さ れ る 。 い ず れ の ア ー キ テ ク チ ャ に お い て も 基 本 的 な パ ケ ッ ト 処 理 は 同 じ で あ る が 、 要 求 さ れ る 性 能 や コ ス ト に よ っ て そ の い ず れ か が 採 用 さ れ る 。 先 ず ル ー タ 内 部 の 基 本 処 理 部 に つ い て 、 ス ラ イ ス 化 導 入 の 検 討 を 行 っ た 。 図 4 ル ー タ の 処 理 担 当 L SIの 構 造 図 4 は ル ー タ の 基 本 処 理 と 処 理 を 担 当 す る L SI の 構 造 に つ い て ま と め た も の で 、 ハ ー ド ウ ェ ア に よ り パ ケ ッ ト レ ー ト で 処 理 を 行 う 領 域 と 、 ル ー テ ィ ン グ プ ロ ト コ ル な ど CPU に よ っ て 処 理 を 行 う 領 域 に 分 け ら れ る 。電 力 消 費 は 、LS Iが 多 く 搭 載 さ れ る パ ケ ッ ト レ ー ト で の 処 理 部 に お い て 支 配 的 で あ り 、 こ こ で は さ ら に ハ ー ド ウ ェ ア の 構 造 か ら L 2/L3 処 理 な ど カ ス タ ム ロ ジ ッ ク を ベ ー ス と し た L SI に よ る 電 力 消 費 と 、セ ル を 繰 り 返 し ア レ イ 配 置 し た メ モ リ ベ ー ス の L SIに よ る 電 力 消 費 に 分 類 す る こ と が で き る 。 図 5 は 、 ロ ジ ッ ク ベ ー ス の LS Iに つ い て 本 研 究 の よ る ス ラ イ ス 化 の 概 念 の 適 用 を 示 し た も の で あ る 。 図 5 左 は 、 並 列 度 ＝ 1 で 40Gb ps 性 能 を 処 理 す る L 2/L3 エ ン ジ ン 、図 5 右 は 、 1 0Gb p s性 能 の 処 理 能 力 を 有 す る ス ラ イ ス を 並 列 度 ＝ 4で 搭 載 し た 例 で あ る 。 図 5 ロ ジ ッ ク ベ ー ス の L SI構 造 に つ い て ス ラ イ ス 化 こ の 図 に お い て 、 そ れ ぞ れ の 消 費 電 力 は ハ ー ド ウ ェ ア 動 作 領 域 に 比 例 す る と 考 え ら れ る た め 、 [従 来 技 術 の 電 力 消 費 領 域 ] （ 最 大 値 ＝ 最 小 値 ） ＝ {# パ イ プ ラ イ ン } *{ 並 列 数 １ } で 表 わ す こ と が で き 、 本 研 究 に よ る ス ラ イ ス 化 で は [ス ラ イ ス 化 技 術 の 電 力 消 費 領 域 ] （ 最 大 値 ） ＝ {# ス ラ イ ス 化 パ イ プ ラ イ ン } *{ 並 列 数 4} ＋ ｛ ス ラ イ ス に よ る オ ー バ ヘ ッ ド ｝ [ス ラ イ ス 化 技 術 の 電 力 消 費 領 域 ] （ 最 小 値 ） ＝ {# ス ラ イ ス 化 パ イ プ ラ イ ン } *{ 並 列 数 0} ＋ ｛ ス ラ イ ス に よ る オ ー バ ヘ ッ ド ｝ の 間 で 制 御 さ れ る 。ス ラ イ ス に よ る オ ー バ ヘ ッ ド と は 、 ト ラ ヒ ッ ク 予 測 に 基 づ く 10 G-4 0G 間 の 制 御 用 ハ ー ド ウ ェ ア に よ る 電 力 消 費 を 示 す 。 こ こ で の 比 較 評 価 に つ い て 、 単 位 ス ラ イ ス あ た り の 性 能 は 全 体 性 能 の 1/4 の た め 、 ｛ # パ イ プ ラ イ ン ｝ > >｛ # ス ラ イ ス パ イ プ ラ イ ン ｝ と な る こ と や 性 能 切 換 え 制 御 に よ る ハ ー ド ウ ェ ア 規 模 と 電 力 消 費 の ト レ ー ド オ フ な ど 、 こ の 議 論 は 簡 単 で は な く 、 平 成 2 4年 度 に 計 画 す る 試 作 に よ る 論 理 ゲ ー ト の 算 出 や 消 費 電 力 の 観 測 に よ っ て 今 後 明 ら か に し た い 。

一 方 、図 4 で 示 し た と お り 、ル ー タ 内 部 で は メ モ リ ベ ー ス の LSI 構 造 に よ る 処 理 が 多 く 存 在 す る 。 図 6 は 、集 中 型 ア ー キ テ ク チ ャ ル ー タ に よ る フ ァ ブ リ ッ ク ス イ ッ チ に つ い て 示 し た 例 で あ る 。 図 6 フ ァ ブ リ ッ ク ス イ ッ チ の ス ラ イ ス 化 従 来 技 術 で は ク ロ ス バ ー ス イ ッ チ と 呼 ば れ る 特 殊 な ア レ イ 構 造 LS I が 用 い ら れ て い た が 、現 在 は 高 速 メ モ リ 技 術 の 進 歩 に よ り 単 純 な 二 次 元 ア レ イ 配 列 メ モ リ へ の 書 込 み ・ 読 出 し 制 御 に よ っ て 見 か け 上 の ク ロ ス バ ー ス イ ッ チ の 代 替 を 提 供 す る 。 加 え て 、 ネ ッ ト ワ ー ク の 帯 域 性 能 に 追 従 し た 処 理 を ハ ー ド ウ ェ ア 搭 載 す る よ り も 、 処 理 が 追 い つ か な い 場 合 に 安 価 な メ モ リ を 用 い て 待 ち 行 列 を 形 成 す る こ と で 性 能 低 下 を 回 避 す る こ と が 可 能 で あ る 。 メ モ リ に よ れ ば 、 ハ ー ド ウ ェ ア コ ス ト も 抑 制 す る こ と が 可 能 と な る た め 、 こ れ ら が ル ー タ 各 処 理 に お い て メ モ リ を ベ ー ス と し た 構 造 が 多 く 見 ら れ る 理 由 と な っ て い る 。 こ の よ う な 待 ち 行 列 理 論 に お け る メ モ リ を ベ ー ス と す る 構 造 は 、 ロ ジ ッ ク ベ ー ス と は 異 な り 、 本 研 究 に よ る ス ラ イ ス 化 の 適 用 は 非 常 に 容 易 で あ る 。 待 ち 行 列 と し て 必 要 な メ モ リ 空 間 は 帯 域 性 能 に 比 例 す る た め 、 ト ラ ヒ ッ ク の 統 計 に 基 づ く 帯 域 予 測 を 用 い て 、 待 ち 行 列 の 空 間 、 即 ち 動 作 ス ラ イ ス 数 を 制 御 す る こ と が 可 能 で あ る 。 唯 一 の オ ー バ ヘ ッ ド は 、 メ モ リ マ ネ ッ ジ メ ン ト ユ ニ ッ ト（ MMU ）に 発 生 す る 。書 込 み 、読 出 し を 外 部 か ら 制 御 し た 場 合 、 ス ラ イ ス に よ る 分 割 に 関 係 な く メ モ リ 全 域 に ア ク セ ス が 及 ぶ た め 、 特 定 ス ラ イ ス を ホ ッ ト ス タ ン バ イ や コ ー ル ド ス タ ン バ イ な ど 待 機 状 態 に し た 省 電 力 制 御 は 不 可 能 で あ る 。 従 っ て 、 外 部 ア ド レ ス 入 力 を 仮 想 ア ド レ ス と し て 受 信 し 、 内 部 ス ラ イ ス 制 御 が 可 能 な 物 理 ア ド レ ス へ の 変 換 を 行 い 、 動 作 ス ラ イ ス の み に 対 し て ア ク セ ス が 発 生 す る よ う に 、 空 き ア ド レ ス 管 理 と 割 当 、 開 放 の 制 御 を し な け れ ば な ら な い 。 こ の よ う な オ ー バ ヘ ッ ド を 伴 う MM Uの 知 的 制 御 は 試 作 に 向 け 、 今 後 の 課 題 で あ る が 、 検 索 エ ン ジ ン や ア ブ リ ッ ク ス イ ッ チ な ど 、1 ．章 で 示 し た 大 き な 電 力 消 費 を 伴 う 処 理 部 に ス ラ イ ス 化 を 導 入 す る こ と が 可 能 で あ り 、 効 果 的 な 省 電 力 化 の 実 現 が 期 待 で き る 。

5. ス ラ イ ス 化

ル ー タ 、 今 後 の 課 題

図 7 は 、ル ー タ 内 部 の 処 理 の 流 れ と 本 研 究 に よ る ス ラ イ ス 化 の 適 用 に つ い て の 検 討 を 示 し た も の で あ り 、 表 1 に そ の 結 果 を ま と め る 。 図 7 ル ー タ の 処 理 の 流 れ と ス ラ イ ス 化 の 適 用 表 1 ル ー タ の 処 理 と ス ラ イ ス 化

メ モ リ ス イ ッ チ や パ ケ ッ ト バ ッ フ ァ な ど メ モ リ ベ ー ス の 構 造 に お い て は 、 電 力 消 費 量 が 大 き い 処 理 に 対 し て ス ラ イ ス 化 の 適 用 は 容 易 で あ り 、 ま た 検 索 エ ン ジ ン に つ い て は 既 に 我 々 グ ル ー プ の 研 究 成 果 と し て 報 告 し た 階 層 型 部 分 検 索 [4] ,[5 ] を 併 用 す る こ と で 、 ス ラ イ ス 化 は ル ー タ 全 体 の 消 費 電 力 を 効 果 的 に 低 減 す る こ と が 可 能 で あ る 。 但 し ス ラ イ ス 化 の 適 用 に よ っ て 省 電 力 化 の 恩 恵 が 享 受 で き る の は 、 ス ラ イ ス が コ ー ル ド ス タ ン バ イ 、 並 び ホ ッ ト ス タ ン バ イ で 待 機 す る こ と で あ り 、 こ の 制 御 の 重 要 性 は ト ラ ヒ ッ ク の 統 計 か ら 抽 出 す る 予 測 化 技 術 へ の 課 題 に ほ か な ら な い 。 図 8 ス ラ イ ス 制 御 用 ト ラ ヒ ッ ク 予 測 化 技 術 図 8 は 、 ス ラ イ ス 化 L SI と 並 行 し て 研 究 を 進 め て い る ト ラ ヒ ッ ク 予 測 化 技 術 に つ い て 示 し た 図 で あ る 。 ト ラ ヒ ッ ク 量 は 通 常 時 間 軸（ T i me Slo t）に 対 し て 或 る 特 異 性 を 示 す た め 、 統 計 情 報 取 得 か ら 、 Vt = Pt ± E t Vt ： 予 測 値 Pt ： 予 測 基 本 値 Et ： 予 測 誤 差 を 得 て 、Vt値 に よ っ て 動 作 ス ラ イ ス 、 ホ ッ ト ス タ ン バ イ 、 コ ー ル ド ス タ ン バ イ の 制 御 を 行 う 。 然 し な が ら 、 こ の 予 測 値 は 予 測 誤 差Et値 を 含 む た め 、 受 信 側 の ス ラ イ ス L SI 側 で は 、Vt値 に よ る 動 作 ス ラ イ ス の 決 定 と 少 な く と も 1 ス ラ イ ス を ホ ッ ト ス タ ン バ イ で 待 機 さ せ 、 信 頼 性 を 保 つ こ と が 必 要 と 考 え て い る 。 こ の 予 測 誤 差 と ス ラ イ ス の 復 帰 時 間 に つ い て 詳 細 は 平 成 24年 度 の 試 作 評 価 へ 向 け 今 後 の 研 究 の 課 題 で あ る 。 謝 辞 本 研 究 の 成 果 は 総 務 省 球 温 暖 化 対 策 IC Tイ ノ ベ ー シ ョ ン 推 進 事 業 （ PR EDI CT ） の 受 託 研 究 に よ る 。 文 献 [ 1 ] R . K a w a h a r a , T. M o r i , a n d T. A b e , " Q o S c o n t r o l t o h a n d l e l o n g - d u r a t i o n l a rg e f l o w s a n d i t s p e r f o r m a n c e e v a l u a t i o n , " I E E E I C C ' 0 6 , J u n e 2 0 0 6 . [ 2 ] J . B a l i g a , e t a l . , “ P h o t o n i c S w i t c h i n g a n d t h e E n e rg y B o t t l e n e c k , ” P r o c . I E E E P h o t o n i c s i n S w i t c h i n g , p p . 1 2 5 - 1 2 6 , A u g . 2 0 0 7 . [ 3 ] 日 高 稔 、 矢 崎 武 己 、 山 田 雅 毅 、 林 剛 久 「 動 的 性 能 制 御 可 能 な ル ー タ に 対 す る ト ラ フ ィ ッ ク 予 測 方 式 」 信 学 技 報 , vol. 109, no. 188, NS2009-61, pp. 7-12, S e p t e m b e r 2 0 0 9 . [ 4 ] 阿 多 信 吾 、黄 恵 聖 、山 本 耕 次 、井 上 一 成 、 村 田 正 幸 「 低 コ ス ト ・ 低 消 費 電 力 TCAMに お け る 効 果 的 な ル ー テ ィ ン グ テ ー ブ ル 管 理 法 」 信 学 技 報 , vol. 1 0 7 , n o . 4 4 3 , N S 2 0 0 7 - 6 1 , p p . 11 9 - 1 2 9 , S e p t e m b e r 2 0 0 7 . [ 5 ] K . Z a i t s u , K . Ya m a m o t o , Y. K u r o d a , K . I n o u e , S . A t a , a n d I . O k a , “ H a r d w a r e I m p l e m e n t a t i o n o f F a s t F o r w a r d i n g E n g i n e u s i n g St a n d a r d M e m o r y a n d D e d i c a t e d C i r c u i t , ” I E E E I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n E l e c t r o n i c s , C i r c u i t s a n d S y s t e m s , D e c e m b e r 2 0 1 0 .