Modeling Power Consumption and Temperature in TLM Models

International audienceMany techniques and tools exist to estimate the power consumption and the temperature map of a chip. These tools help the hardware designers develop power efficient chips in the presence of temperature constraints. For this task, the application can be ignored or at least abstracted by some high level scenarios; at this stage, the actual embedded software is generally not available yet. However, after the hardware is defined, the embedded software can still have a significant influence on the power consumption; i.e., two implementations of the same application can consume more or less power. Moreover, the actual software powe

The COMPLEX reference framework for HW/SW co-design and power management supporting platform-based design-space exploration

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Optimierung der Energie und Power getriebenen Architekturexploration für Multicore und heterogenes System on Chip

The contribution of this work builds on top of the established virtual prototype platforms to improve both SoC design quality and productivity. Initially, an automatic system-level power estimation framework was developed to address the critical issue of early power estimation in SoC design. The estimation framework models the static and dynamic power consumption of the hardware components. These models are created from the normalized values of the basic design components of SoC, obtained through one-time power simulation of RTL hardware models. The framework allows dynamic technology node reconfiguration for power estimation models. Its instantaneous power reporting aids the detection of possible hotspot early into the design process. Adding this additional data in conjunction with a steadily growing design space of complex heterogeneous SoC, finding the right parameter configuration is a challenging and laborious task for a system-level designer. This work addresses this bottleneck by optimizing the design space exploration (DSE) process for MPSoC design. An automatic DSE framework for virtual platforms (VPs) was developed which is flexible and allows the selection optimal parameter configuration without pre-existing knowledge. To reduce exploration time, the framework is equipped with several multi-objective optimization techniques based on simulated annealing and a genetic algorithm. Lastly, to aid HW/SW partitioning at system-level, a flexible and automated workflow (SW2TLM) is presented. It allows the designer to explore various possible partitioning scenarios without going into depth of the hardware architecture complexity and software integration. The framework generates system-level hardware accelerators from corresponding functionality encoded in the software code and integrates them into the VP. Power consumption and time speedups of acceleration is reported to the designer, which further increases the quality and productivity of the development process towards the final architecture. The presented tools are evaluated using a state-of-the-art VP for a range of single and multi-core applications. Viewing the energy delay product, a reduction in exploration time was recorded at approximately 62% (worst case), maintaining optimal parameter accuracy of 90% compared to previous techniques. While the SW2TLM further increases the exploration versatility by combining modern high-level synthesis with system-level architectural exploration.Der Beitrag dieser Arbeit baut auf dem etablierten Konzept der virtuellen Prototyp (VP) Plattformen auf, um die Qualität und die Produktivität des Entwurfsprozesses zu verbessern. Zunächst wurde ein automatisches System-Level-Framework entwickelt, um Verlustleistungsabschätzung für SoC-Designs in einer deutlich früheren Entwicklungsphase zu ermöglichen. Hierfür werden statischen und dynamischen Energieverbrauchsanteile individueller Hardwareelemente durch ein abstraktes Modell ausgedrückt. Das Framework ermöglicht eine dynamische Anpassung des Technologieknotens sowie die Integration neuer Leistungsmodelle für Drittanbieterkomponenten. Die kontinuierliche Erfassung der Energieverbrauchseigenschaften und ihre grafische Darstellung Benutzeroberfläche unterstützt zusätzlich die frühzeitige Identifikation möglicher Hotspots. Durch die Bereitstellung zusätzlicher Daten, in Verbindung mit einem stetig wachsenden Entwurfsraum komplexer SoCs, ist die Identifikation der richtigen Parameterkonfiguration eine zeitintensive Aufgabe. Die vorgelegten Konzepte erlauben eine gesteigerte Automatisierung des Explorationsprozesses. Techniken der mehrdimensionalen Optimierung, basierend auf Simulated Annealing und genetischer Algorithmen erlauben die Identifikation von geeigneten Konfigurationen ohne vorheriges Wissen oder Erfahrungswerte Schließlich wurde zur Unterstützung der HW/SW -Partitionierung auf System-Ebene ein flexibler und automatisierter Workflow entwickelt. Er ermöglicht es dem Designer verschiedene mögliche Partitionierungsszenarien zu untersuchen, ohne sich in die Komplexität der Hardwarearchitektur und der Softwareintegration zu vertiefen. Das Framework erzeugt abstrakte Beschleunigermodelle aus entsprechenden Softwarefunktionen und integriert sie nahtlos in den ausführbare VP. Detaillierte Daten zum Energieverbrauch, Beschleunigungsfaktor und Kommunikationsoverhead der Partitionierung werden erfasst und dem Designer zur Verfügung gestellt, was die Qualität und Produktivität des weiter erhöht. Die vorgestellten Tools werden mit einer modernen VP für verschiedene SW-Anwendungen evaluiert. Bei Betrachtung des Energieverzögerungsprodukts wurde eine Verringerung der Explorationszeit um mehr als 62% bei 90% Parametergenauigkeit festgestell. Darauf aufbauend, erleichtert die automatisierte Untersuchung verschiedener HW/SW Partitionierungen die Entwicklung heterogener Architekturen durch die Kombination moderner HLS mit Architektur-Exploration auf der Systemebene

SoCRocket - A flexible and extensible Virtual Platform for the development of robust Embedded Systems

Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in der Erhöhung des Abstraktionsniveaus im Entwurfsprozess, speziell dem Entwurf von Systemen auf Basis von Virtuellen Plattformen (VPs), Transaction-Level-Modellierung (TLM) und SystemC. Es wird eine ganzheitliche Methode vorgestellt, mit der komplexe eingebettete Systeme effizient modelliert werden können. Ergebnis ist eine der RTL-Synthese nahezu gleichgestellte Genauigkeit bei wesentlich höherer Flexibilität und Simulationsgeschwindigkeit. Das SoCRocket-System orientiert sich dazu an existierenden Standards und stellt Methoden zu deren effizientem Einsatz zur Verbesserung von Simulationsgeschwindigkeit und Simulationsgenauigkeit vor. So wird unter anderem gezeigt, wie moderne Multi-Kanal-Protokolle mit Split-Transfers durch Ausgleich des Intertransaktions-Timings ohne die Einführung zusätzlicher Protokollphasen zeitlich genau modelliert werden können. Standardisierungslücken in den Bereichen Speichermodellierung und Systemkonfiguration werden durch standardoffene Lösungen geschlossen. Darüber hinaus wird neue Infrastruktur zur Modellierung von Signalkommunikation auf Transaktionsebene, der Verifikation von Komponenten und der Modellierung des Energieverbrauchs vorgestellt. Zur Demonstration wurden die Kernkomponenten einer im europäischen Raumfahrtsektor maßgeblichen Hardwarebibliothek modelliert. Alle Komponenten wurden zunächst in Unit-Tests verifiziert und anschließend in einem Systemprototypen integriert. Zur Verifikation der Funktion, sowie Bestimmung von Simulationsgeschwindigkeit und zeitlicher Genauigkeit, wurde dieser für unterschiedliche Abstraktionsstufen konfiguriert und mit einem in VHDL beschriebenen RISC-Referenzentwurf (LEON3MP) verglichen. Das System mit losem Timing (LT) und blockierender Kommunikation ist im Durchschnitt 561-mal schneller als die RTL-Referenz und weist eine durchschnittliche Timing-Abweichung von 7,04% auf. Das System mit näherungsweise akkuratem Timing (AT) und nicht-blockierender Kommunikation ist 335-mal schneller. Die durchschnittliche Timing-Abweichung beträgt hier nur noch 3,03%, was einer Standardabweichung von 0.033 und damit einer sehr hohen statistischen Sicherheit entspricht. Die verschiedenen Abstraktionsniveaus können zur Realisierung mehrstufiger Architekturexplorationen eingesetzt werden. Dies wird am Beispiel einer hyperspektralen Bildkompression verdeutlicht.The focus of this work is raising the abstraction level in the development process, especially for the design of systems based on Virtual Platforms (VPs), Transaction Level Modeling (TLM), and SystemC. A holistic method for efficient modeling of complex embedded systems is presented. Results are accuracies close to RTL synthesis but at much higher flexibility, and simulation performance. The SoCRocket system integrates existing standards and introduces new methods for improvement of simulation performance and accuracy. It is shown, amongst others, how modern multi-channel protocols with split transfers can be accurately modeled by compensating inter-transaction timing without introducing additional protocol phases. Standardization gaps in the area of memory modeling and system configuration are closed by standard-open solutions. Furthermore, new infrastructure for modeling signal communication on transaction level, verification of components, and estimating power consumption are presented. All components have been verified in unit tests and were subsequently integrated in a system prototype. For functional verification, as well as measurement of simulation performance and accuracy, the prototype was configured for different abstractions and compared to a VHDL-based RISC reference design (LEON3MP). The loosely-timed platform prototype with blocking communication (LT) is in average 561 times faster than the RTL reference and shows an average timing deviation of 7,04%. The approximately-timed system (AT) with non-blocking communication is 335 times faster. Here, the timing deviation is only 3,03 %, corresponding to a standard deviation of 0.033, proving a very high statistic certainty. The system’s various abstraction levels can be exploited by a multi-stage architecture exploration. This is demonstrated by the example of a hyperspectral image compression

Modélisation à haut niveau d'abstraction pour les systèmes embarqués

Modern embedded systems have reached a level of complexity such that it is no longer possible to wait for the first physical prototypes to validate choices on the integration of hardware and software components. It is necessary to use models, early in the design flow. The work presented in this document contribute to the state of the art in several domains. First, we present some verification techniques based on abstract interpretation and SMT-solving for programs written in general-purpose languages like C, C++ or Java. Then, we use verification tools on models written in SystemC at the transaction level (TLM). Several approaches are presented, most of them using compilation techniques specific to SystemC to turn the models into a format usable by existing tools. The second part of the document deal with non-functional properties of models: timing performances, power consumption and temperature. In the context of TLM, we show how functional models can be enriched with non-functional information. Finally, we present contributions to the modular performance analysis (MPA) with real-time calculus (RTC) framework. We describe several ways to connect RTC to more expressive formalisms like timed automata and the synchronous language Lustre. These connections raise the problem of causality, which is defined formally and solved with the new causality closure algorithm.Les systèmes embarqués modernes ont atteint un niveau de complexité qui fait qu'il n'est plus possible d'attendre les premiers prototypes physiques pour valider les décisions sur l'intégration des composants matériels et logiciels. Il est donc nécessaire d'utiliser des modèles, tôt dans le flot de conception. Les travaux présentés dans ce document contribuent à l'état de l'art dans plusieurs domaines. Nous présentons dans un premier temps de nouvelles techniques de vérification de programmes écrits dans des langages généralistes comme C, C++ ou Java. Dans un second temps, nous utilisons des outils de vérification formelle sur des modèles écrits en SystemC au niveau transaction (TLM). Plusieurs approches sont présentées, la plupart d'entre elles utilisent des techniques de compilations spécifiques à SystemC pour transformer le programme SystemC en un format utilisable par les outils. La seconde partie du document s'intéresse aux propriétés non-fonctionnelles des modèles~: performances temporelles, consommation électrique et température. Dans le contexte de la modélisation TLM, nous proposons plusieurs techniques pour enrichir des modèles fonctionnels avec des informations non-fonctionnelles. Enfin, nous présentons les contributions faites à l'analyse de performance modulaire (MPA) avec le calcul temps-réel (RTC). Nous proposons plusieurs connections entre ces modèles analytiques et des formalismes plus expressifs comme les automates temporisés et le langage de programmation Lustre. Ces connexion posent le problème théorique de la causalité, qui est formellement défini et résolu avec un algorithme nouveau dit de " fermeture causale "

Standart-konformes Snapshotting für SystemC Virtuelle Plattformen

The steady increase in complexity of high-end embedded systems goes along with an increasingly complex design process. We are currently still in a transition phase from Hardware-Description Language (HDL) based design towards virtual-platform-based design of embedded systems. As design complexity rises faster than developer productivity a gap forms. Restoring productivity while at the same time managing increased design complexity can also be achieved through focussing on the development of new tools and design methodologies. In most application areas, high-level modelling languages such as SystemC are used in early design phases. In modern software development Continuous Integration (CI) is used to automatically test if a submitted piece of code breaks functionality. Application of the CI concept to embedded system design and testing requires fast build and test execution times from the virtual platform framework. For this use case the ability to save a specific state of a virtual platform becomes necessary. The saving and restoring of specific states of a simulation requires the ability to serialize all data structures within the simulation models. Improving the frameworks and establishing better methods will only help to narrow the design gap, if these changes are introduced with the needs of the engineers and developers in mind. Ultimately, it is their productivity that shall be improved. The ability to save the state of a virtual platform enables developers to run longer test campaigns that can even contain randomized test stimuli. If the saved states are modifiable the developers can inject faulty states into the simulation models. This work contributes an extension to the SoCRocket virtual platform framework to enable snapshotting. The snapshotting extension can be considered a reference implementation as the utilization of current SystemC/TLM standards makes it compatible to other frameworkds. Furthermore, integrating the UVM SystemC library into the framework enables test driven development and fast validation of SystemC/TLM models using snapshots. These extensions narrow the design gap by supporting designers, testers and developers to work more efficiently.Die stetige Steigerung der Komplexität eingebetteter Systeme geht einher mit einer ebenso steigenden Komplexität des Entwurfsprozesses. Wir befinden uns momentan in der Übergangsphase vom Entwurf von eingebetteten Systemen basierend auf Hardware-Beschreibungssprachen hin zum Entwurf ebendieser basierend auf virtuellen Plattformen. Da die Entwurfskomplexität rasanter steigt als die Produktivität der Entwickler, entsteht eine Kluft. Die Produktivität wiederherzustellen und gleichzeitig die gesteigerte Entwurfskomplexität zu bewältigen, kann auch erreicht werden, indem der Fokus auf die Entwicklung neuer Werkzeuge und Entwurfsmethoden gelegt wird. In den meisten Anwendungsgebieten werden Modellierungssprachen auf hoher Ebene, wie zum Beispiel SystemC, in den frühen Entwurfsphasen benutzt. In der modernen Software-Entwicklung wird Continuous Integration (CI) benutzt um automatisiert zu überprüfen, ob eine eingespielte Änderung am Quelltext bestehende Funktionalitäten beeinträchtigt. Die Anwendung des CI-Konzepts auf den Entwurf und das Testen von eingebetteten Systemen fordert schnelle Bau- und Test-Ausführungszeiten von dem genutzten Framework für virtuelle Plattformen. Für diesen Anwendungsfall wird auch die Fähigkeit, einen bestimmten Zustand der virtuellen Plattform zu speichern, erforderlich. Das Speichern und Wiederherstellen der Zustände einer Simulation erfordert die Serialisierung aller Datenstrukturen, die sich in den Simulationsmodellen befinden. Das Verbessern von Frameworks und Etablieren besserer Methodiken hilft nur die Entwurfs-Kluft zu verringern, wenn diese Änderungen mit Berücksichtigung der Bedürfnisse der Entwickler und Ingenieure eingeführt werden. Letztendlich ist es ihre Produktivität, die gesteigert werden soll. Die Fähigkeit den Zustand einer virtuellen Plattform zu speichern, ermöglicht es den Entwicklern, längere Testkampagnen laufen zu lassen, die auch zufällig erzeugte Teststimuli beinhalten können oder, falls die gespeicherten Zustände modifizierbar sind, fehlerbehaftete Zustände in die Simulationsmodelle zu injizieren. Mein mit dieser Arbeit geleisteter Beitrag beinhaltet die Erweiterung des SoCRocket Frameworks um Checkpointing Funktionalität im Sinne einer Referenzimplementierung. Weiterhin ermöglicht die Integration der UVM SystemC Bibliothek in das Framework die Umsetzung der testgetriebenen Entwicklung und schnelle Validierung von SystemC/TLM Modellen mit Hilfe von Snapshots

Co-simulation techniques based on virtual platforms for SoC design and verification in power electronics applications

En las últimas décadas, la inversión en el ámbito energético ha aumentado considerablemente. Actualmente, existen numerosas empresas que están desarrollando equipos como convertidores de potencia o máquinas eléctricas con sistemas de control de última generación. La tendencia actual es usar System-on-chips y Field Programmable Gate Arrays para implementar todo el sistema de control. Estos dispositivos facilitan el uso de algoritmos de control más complejos y eficientes, mejorando la eficiencia de los equipos y habilitando la integración de los sistemas renovables en la red eléctrica. Sin embargo, la complejidad de los sistemas de control también ha aumentado considerablemente y con ello la dificultad de su verificación. Los sistemas Hardware-in-the-loop (HIL) se han presentado como una solución para la verificación no destructiva de los equipos energéticos, evitando accidentes y pruebas de alto coste en bancos de ensayo. Los sistemas HIL simulan en tiempo real el comportamiento de la planta de potencia y su interfaz para realizar las pruebas con la placa de control en un entorno seguro. Esta tesis se centra en mejorar el proceso de verificación de los sistemas de control en aplicaciones de electrónica potencia. La contribución general es proporcionar una alternativa a al uso de los HIL para la verificación del hardware/software de la tarjeta de control. La alternativa se basa en la técnica de Software-in-the-loop (SIL) y trata de superar o abordar las limitaciones encontradas hasta la fecha en el SIL. Para mejorar las cualidades de SIL se ha desarrollado una herramienta software denominada COSIL que permite co-simular la implementación e integración final del sistema de control, sea software (CPU), hardware (FPGA) o una mezcla de software y hardware, al mismo tiempo que su interacción con la planta de potencia. Dicha plataforma puede trabajar en múltiples niveles de abstracción e incluye soporte para realizar co-simulación mixtas en distintos lenguajes como C o VHDL. A lo largo de la tesis se hace hincapié en mejorar una de las limitaciones de SIL, su baja velocidad de simulación. Se proponen diferentes soluciones como el uso de emuladores software, distintos niveles de abstracción del software y hardware, o relojes locales en los módulos de la FPGA. En especial se aporta un mecanismo de sincronizaron externa para el emulador software QEMU habilitando su emulación multi-core. Esta aportación habilita el uso de QEMU en plataformas virtuales de co-simulacion como COSIL. Toda la plataforma COSIL, incluido el uso de QEMU, se ha analizado bajo diferentes tipos de aplicaciones y bajo un proyecto industrial real. Su uso ha sido crítico para desarrollar y verificar el software y hardware del sistema de control de un convertidor de 400 kVA

A framework for assertion-based timing verification and PC-based restbus simulation of automotive systems

Innovation in der Automobilindustrie wird durch Elektronik und vor allem durch Software ermöglicht. In der Regel wird eine Vielzahl von verteilten Funktionen realisiert. Typischerweise, wird diese Software über mehrere Steuergeräte verteilt. Durch die Verteilung und die Vielzahl an Funktionen ensteht eine immer wachsende Komplexität, die den Verifikations- und Validierungsprozess anspruchsvoller und schwieriger gestaltet. Daher ist für Ingenieure in der Automobilindustrie die Entwicklung von effizienten und effektiven Design-Methoden von großem Interesse.Ein zentrales Element in der Entwicklung automobiler Software ist der komponentebasierten Ansatz. Derzeit ist AUTOSAR der wichtigste Standard, der dieses Paradigma unterstützt. Die Systembeschreibungssprache SystemC ist ebenfalls ein Mittel, um AUTOSAR-Komponenten simulieren zu können. Desweiteren stellt SystemC einen Satz von Bibliotheken zur Verfügung wie zum Beispiel die „SystemC Verification Library“ (SCV), und einen diskreten Event-Simulationskern. Inzwischen ist das Interesse an der Verwendung von SystemC in der automobile Softwareentwicklung stark gestiegen.In dieser Arbeit stellen wir eine SystemC-basierte Entwurfsmethodik für eine frühe Validierung zeitkritischer automobile Systeme vor. Die Methodik reicht von einer reinen SystemC-Simulation bis zu einer PC-basierten Restbussimulation. Um die Synchronisation bezüglich Überabtastung und Unterabtastung zwischen dem SystemC-Simulationsmodell und dem Restbus während der Restbussimulation zu gewährleisten, präsentieren wir ein Synchronisationsverfahren. Im Rahmen dieser Arbeit wurde für die Integration von SystemC-Komponenten IP-XACT als Modelierungsstandard verwendet. Um eine Zeitanalyse ermöglichen zu können, stellen wir Erweiterungen für den IP-XACT-Standard vor, mit deren Hilfe Zeitanforderungen anAutomotive system innovation is mainly driven by software which can be distributed over a large number of functions typically deployed over several ECUs. This growing design complexity makes the verification and validation process challenging and difficult. Therefore, the development of efficient and effective design methodologies is of great interest for automotive engineers.A central concept in the development of automotive software is the component-based approach. Currently, the most prominent approach that supports this design paradigm is the AUTOSAR. The SLDL SystemC provides means to simulate the behavior of AUTOSAR software components by means of a discrete-event simulation kernel. Additionally, SystemC comes with a set of libraries such as the SCV. Meanwhile, the interest of using SystemC has grown in the automotive software development community. In this thesis we present a SystemC-based design methodology for early validation of time-critical automotive systems. The methodology spans from pure SystemC simulation to PC-based Restbus simulation. To deal with synchronization issues (oversampling and undersampling) that arise during Restbus simulation between the SystemC simulation model and the remaining bus network, we also present a new synchronization approach. Finally, we make use IP-XACT for SystemC component integration. To capture timing constraints on the simulation model, we propose timing extensions for the IP-XACT standard. These timing constraints can then be used to verify the SystemC simulation model.Tag der Verteidigung: 11.09.2015Paderborn, Univ., Diss., 201

매니코어 NoC 아키텍처에 대한 고속 사이클-근사 시뮬레이션 기법

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 전기·컴퓨터공학부, 2017. 2. 하순회.Simulation is a software technique that uses the current available architecture to prototype a future architecture. In computer architecture research, simulation techniques are one of the most important skills. Simulation techniques enable us to obtain important performance indicators of new architectures and to perform the design space exploration using these metrics. Furthermore, the simulator enables rapid software development and optimization on the architecture that does not exist. Despite various known problems, such as slow speed or coverage issue, the reliance on simulation technology in computer architecture research continues to increase. As the density of transistor increases and the performance improvement of the single core hits the ceiling, the newly constructed architectures usually consist of multi/many cores with the network-on-chip, which enables scalable communications. In addition, the implementation of the application itself has also been complicated to effectively utilize these parallel architectures. Thus, simulators for parallel architectures and parallel applications have become extremely complex, and existing sequential simulators no longer simulate these systems at a realistic time. While many of parallel simulation techniques are being developed to solve these problems, they suffer from poor simulation performance or accuracy. In this thesis, we propose and evaluate a novel many-core simulation technique that can obtain the best simulation performance at the cost of minimum simulation error. The proposed parallel many-core simulator is divided into three parts: 1) core simulator, 2) network-on-chip simulator, and 3) simulation backplane. Each core is executed by a core simulator, which communicates with the external simulation backplane via the Interprocess Communication (IPC). Each core simulation is performed individually in a separate host processor. The simulation backplane arranges messages from each core into chronological order, passes them to destination modules, and simulates hardware components other than cores. If the simulation backplane generates a request requiring NoC communication, this request is forwarded to the network simulator and is simulated at the most accurate accuracy level. In this thesis, we proposed a novel core simulation model, which combined analytical and sampled simulations. The core simulator presents 11.36 to 44.31 MIPS performance, while the simulation error is approximately 8 percent. The standalone core simulator is released as an open-source. We confirmed that NoC simulation has a great effect on the reliability of outputs generated from many-core simulation. First, existing flit-level NoC simulators were analyzed at source-code level. Based on the observations, various implementations were evaluated and various software optimizations was applied to improve the network simulation performance. The proposed NoC simulator presents more than 100KCycles/s performance unless the packet injection rate exceeds 0.00625, which is two times faster than state-of-the-arts NoC simulator at least. The speed of the simulation backplane depends greatly on the IPC overhead and SystemC scheduling overhead. To reduce the IPC overhead, the trace-driven co-simulation technique is used, faster IPC is introduced, and the segmented L1 data cache is embedded in a core simulator. In addition, to reduce SystemC scheduling overhead, it is important to reduce the number of modules that are simultaneously awakened. To this end, slave modules are redesigned to be activated only based on an event. A new scheduler parallelization technique is also studied. Although the newly developed SystemC parallel scheduler showed good performance under limited conditions, we also confirmed that no performance improvement was found in the TLM level many-core simulator developed in this thesis. While the proposed many-core simulator uses the conservative synchronization technique which is free from causality errors and performs an accurate flit-level NoC simulation, the simulation performance is still acceptable, thanks to parallelism and optimizations. Additionally, the simulator is highly scalable to add other modules because the simulation backplane is developed to be compatible with SystemC TLM 2.0 standard. Although extensive experiments on accuracy are not conducted, it will be complemented when a detailed specification of the target architecture is given. This dissertation can be a reference to the development of a many-core simulator, which will be more essential in the future.Chapter 1 Introduction 1 1.1 Motivation 1 1.2 Contribution 4 1.3 Dissertation Organization 5 Chapter 2 Background and Existing Research 6 2.1 Terminologies 6 2.1.1 Simulation Host / Simulation Target 6 2.1.2 Simulated Time / Simulation Time 2.1.3 User-level Simulation / Full-system Simulation 7 2.1.4 Execution-driven Simulation / Trace-driven Simulation 7 2.2 State-of-the-arts Many-core Simulators 8 2.2.1 Gem5 8 2.2.2 Marss 9 2.2.3 Sniper 9 2.2.4 Zsim 9 2.2.5 Manifold 10 2.2.6 Hornet 10 2.2.7 Summary 11 2.3 Host and Target Architecture 12 Chapter 3 Core Simulation 14 3.1 Overview 14 3.2 Related Works 16 3.2.1 Timing Models 16 3.2.2 Analytical Model: Interval Simulation 19 3.3 Sampling Mechanism 23 3.3.1 Sampling Configuration 24 3.3.2 Parameter Extraction 24 3.4 Trace Analyzer 27 3.4.1 Dependency Analysis 29 3.4.2 Life Cycle of An Instruction 31 3.5 Experimental Results 32 3.5.1 Time-accuracy Trade-off 34 3.5.2 Simulation Accuracy 37 3.5.3 Simulation Performance 41 3.6 Discussion 42 Chapter 4 NoC Simulation 45 4.1 Network-on-chip 45 4.2 Motivation 46 4.3 Related Works 48 4.3.1 Noxim 49 4.3.2 Booksim2 50 4.3.3 Garnet 51 4.4 Proposed Approach 51 4.4.1 Implementations 51 4.4.2 Optimizations 54 4.5 Experimental Results 56 4.5.1 Impact of Implementations and Optimizations 56 4.5.2 Comparison with Other State-Of-The-Arts 58 4.5.3 Performance Evaluation For Various Configurations 59 4.5.4 Full-System Simulation Accuracy Impact 59 4.5.5 Accuracy 61 4.6 Discussion 61 Chapter 5 Simulation Backplane 63 5.1 Overview 63 5.2 Background 65 5.2.1 SystemC 65 5.2.2 OSCI Transaction Level Modeling Standard 2.0 66 5.2.3 Synchronization Techniques 67 5.3 SystemC Models for the Target Architecture 69 5.4 Reducing the Cost of Interprocess Communications 71 5.4.1 Trace-driven Co-simulation 71 5.4.2 Better Interprocess Communication 73 5.4.3 Virtually embedding modules to core simulator 74 5.5 Reducing SystemC Scheduling Overhead 76 5.5.1 Event-based Slave Module Activation 76 5.5.2 SystemC Scheduler Parallelization 78 5.6 Evaluation 79 5.6.1 Scalability Test 79 5.6.2 Simulation Performance 79 5.6.3 Simulation Accuracy 80 Chapter 6 Simulation Backplane Parallelization 81 6.1 Background: OSCI SystemC Scheduler 81 6.2 Related Work: SystemC Parallelization Techniques 82 6.2.1 Fully-synchronous Approach 82 6.2.2 Parallel Distributed Event Scheduling (PDES) Approach 82 6.2.3 Out-of-order Execution with Dependency Analysis 83 6.2.4 Dynamic Offloading Approach 84 6.3 Proposed Technique 84 6.3.1 Basic Synchronization 85 6.3.2 Relaxed Synchronization 86 6.3.3 Modeling Restrictions 88 6.4 Experimental Results 89 6.4.1 Performance 90 6.4.2 Accuracy 92 6.5 Discussion and Limitation 93 Chapter 7 Conclusion 95 Bibliography 97 요약 107Docto

System-Level Power Estimation Methodology for MPSoC based Platforms

Avec l'essor des nouvelles technologies d'intégration sur silicium submicroniques, la consommation de puissance dans les systèmes sur puce multiprocesseur (MPSoC) est devenue un facteur primordial au niveau du flot de conception. La prise en considération de ce facteur clé dès les premières phases de conception, joue un rôle primordial puisqu'elle permet d'augmenter la fiabilité des composants et de réduire le temps d'arrivée sur le marché du produit final.Shifting the design entry point up to the system-level is the most important countermeasure adopted to manage the increasing complexity of Multiprocessor System on Chip (MPSoC). The reason is that decisions taken at this level, early in the design cycle, have the greatest impact on the final design in terms of power and energy efficiency. However, taking decisions at this level is very difficult, since the design space is extremely wide and it has so far been mostly a manual activity. Efficient system-level power estimation tools are therefore necessary to enable proper Design Space Exploration (DSE) based on power/energy and timing.VALENCIENNES-Bib. électronique (596069901) / SudocSudocFranceF