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    Automated Hardware Prototyping for 3D Network on Chips

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    Vor mehr als 50 Jahren stellte Intel® Mitbegründer Gordon Moore eine Prognose zum Entwicklungsprozess der Transistortechnologie auf. Er prognostizierte, dass sich die Zahl der Transistoren in integrierten Schaltungen alle zwei Jahre verdoppeln wird. Seine Aussage ist immer noch gültig, aber ein Ende von Moores Gesetz ist in Sicht. Mit dem Ende von Moore’s Gesetz müssen neue Aspekte untersucht werden, um weiterhin die Leistung von integrierten Schaltungen zu steigern. Zwei mögliche Ansätze für "More than Moore” sind 3D-Integrationsverfahren und heterogene Systeme. Gleichzeitig entwickelt sich ein Trend hin zu Multi-Core Prozessoren, basierend auf Networks on chips (NoCs). Neben dem Ende des Mooreschen Gesetzes ergeben sich bei immer kleiner werdenden Technologiegrößen, vor allem jenseits der 60 nm, neue Herausforderungen. Eine Schwierigkeit ist die Wärmeableitung in großskalierten integrierten Schaltkreisen und die daraus resultierende Überhitzung des Chips. Um diesem Problem in modernen Multi-Core Architekturen zu begegnen, muss auch die Verlustleistung der Netzwerkressourcen stark reduziert werden. Diese Arbeit umfasst eine durch Hardware gesteuerte Kombination aus Frequenzskalierung und Power Gating für 3D On-Chip Netzwerke, einschließlich eines FPGA Prototypen. Dafür wurde ein Takt-synchrones 2D Netzwerk auf ein dreidimensionales asynchrones Netzwerk mit mehreren Frequenzbereichen erweitert. Zusätzlich wurde ein skalierbares Online-Power-Management System mit geringem Ressourcenaufwand entwickelt. Die Verifikation neuer Hardwarekomponenten ist einer der zeitaufwendigsten Schritte im Entwicklungsprozess hochintegrierter digitaler Schaltkreise. Um diese Aufgabe zu beschleunigen und um eine parallele Softwareentwicklung zu ermöglichen, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein automatisiertes und benutzerfreundliches Tool für den Entwurf neuer Hardware Projekte entwickelt. Eine grafische Benutzeroberfläche zum Erstellen des gesamten Designablaufs, vom Erstellen der Architektur, Parameter Deklaration, Simulation, Synthese und Test ist Teil dieses Werkzeugs. Zudem stellt die Größe der Architektur für die Erstellung eines Prototypen eine besondere Herausforderung dar. Frühere Arbeiten haben es versäumt, eine schnelles und unkompliziertes Prototyping, insbesondere von Architekturen mit mehr als 50 Prozessorkernen, zu realisieren. Diese Arbeit umfasst eine Design Space Exploration und FPGA-basierte Prototypen von verschiedenen 3D-NoC Implementierungen mit mehr als 80 Prozessoren

    Computer Architectures to Close the Loop in Real-time Optimization

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    © 2015 IEEE.Many modern control, automation, signal processing and machine learning applications rely on solving a sequence of optimization problems, which are updated with measurements of a real system that evolves in time. The solutions of each of these optimization problems are then used to make decisions, which may be followed by changing some parameters of the physical system, thereby resulting in a feedback loop between the computing and the physical system. Real-time optimization is not the same as fast optimization, due to the fact that the computation is affected by an uncertain system that evolves in time. The suitability of a design should therefore not be judged from the optimality of a single optimization problem, but based on the evolution of the entire cyber-physical system. The algorithms and hardware used for solving a single optimization problem in the office might therefore be far from ideal when solving a sequence of real-time optimization problems. Instead of there being a single, optimal design, one has to trade-off a number of objectives, including performance, robustness, energy usage, size and cost. We therefore provide here a tutorial introduction to some of the questions and implementation issues that arise in real-time optimization applications. We will concentrate on some of the decisions that have to be made when designing the computing architecture and algorithm and argue that the choice of one informs the other

    From FPGA to ASIC: A RISC-V processor experience

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    This work document a correct design flow using these tools in the Lagarto RISC- V Processor and the RTL design considerations that must be taken into account, to move from a design for FPGA to design for ASIC

    ASAM: Automatic Architecture Synthesis and Application Mapping,

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    Abstract -This paper focuses on mastering the automatic architecture synthesis and application mapping for heterogeneous massively-parallel MPSoCs based on customizable applicationspecific instruction-set processors (ASIPs). It presents an overview of the research being currently performed in the scope of the European project ASAM (Architecture Synthesis and Application Mapping) of the ARTEMIS program. The paper briefly presents the results of our analysis of the main problems to be solved and challenges to be faced in the design of such heterogeneous MPSoCs. It explains which system, design, and electronic design automation (EDA) concepts seem to be adequate to resolve the problems and address the challenges. Finally, it introduces and briefly discusses the design-flow and its main stages proposed by the ASAM project consortium to enable an effective and efficient solution of these problems. Index Terms-embedded systems, heterogeneous multiprocessor system-on-chip (MPSoC), customizable ASIPs, architecture synthesis, MPSoC and ASIP design automation

    Memory Bounds for the Distributed Execution of a Hierarchical Synchronous Data-Flow Graph

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    International audienceThis paper presents an application analysis technique to define the boundary of shared memory requirements of Multiprocessor System-on-Chip (MPSoC) in early stages of development. This technique is part of a rapid prototyping process and is based on the analysis of a hierarchical Synchronous Data-Flow (SDF) graph description of the system application. The analysis does not require any knowledge of the system architecture, the mapping or the scheduling of the system application tasks. The initial step of the method consists of applying a set of transformations to the SDF graph so as to reveal its memory characteristics. These transformations produce a weighted graph that represents the different memory objects of the application as well as the memory allocation constraints due to their relationships. The memory boundaries are then derived from this weighted graph using analogous graph theory problems, in particular the Maximum-Weight Clique (MWC) problem. Stateof-the-art algorithms to solve these problems are presented and a heuristic approach is proposed to provide a near-optimal solution of the MWC problem. A performance evaluation of the heuristic approach is presented, and is based on hierarchical SDF graphs of realistic applications. This evaluation shows the efficiency of proposed heuristic approach in finding near optimal solutions
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