Erreichen von Performance in Netzwerken-On-Chip für Echtzeitsysteme

In many new applications, such as in automatic driving, high performance requirements have reached safety critical real-time systems. Consequently, Networks-on-Chip (NoCs) must efficiently host new sets of highly dynamic workloads e.g., high resolution sensor fusion and data processing, autonomous decision’s making combined with machine learning. The static platform management, as used in current safety critical systems, is no more sufficient to provide the needed level of service. A dynamic platform management could meet the challenge, but it usually suffers from a lack of predictability and the simplicity necessary for certification of safety and real-time properties. In this work, we propose a novel, global and dynamic arbitration for NoCs with real-time QoS requirements. The mechanism decouples the admission control from arbitration in routers thereby simplifying a dynamic adaptation and real-time analysis. Consequently, the proposed solution allows the deployment of a sophisticated contract-based QoS provisioning without introducing complicated and hard to maintain schemes, known from the frequently applied static arbiters. The presented work introduces an overlay network to synchronize transmissions using arbitration units called Resource Managers (RMs), which allows global and work-conserving scheduling. The description of resource allocation strategies is supplemented by protocol design and verification methodology bringing adaptive control to NoC communication in setups with different QoS requirements and traffic classes. For doing that, a formal worst-case timing analysis for the mechanism has been proposed which demonstrates that this solution not only exposes higher performance in simulation but, even more importantly, consistently reaches smaller formally guaranteed worst-case latencies than other strategies for realistic levels of system's utilization. The approach is not limited to a specific network architecture or topology as the mechanism does not require modifications of routers and therefore can be used together with the majority of existing manycore systems. Indeed, the evaluation followed using the generic performance optimized router designs, as well as two systems-on-chip focused on real-time deployments. The results confirmed that the proposed approach proves to exhibit significantly higher average performance in simulation and execution.In vielen neuen sicherheitskritische Anwendungen, wie z.B. dem automatisierten Fahren, werden große Anforderungen an die Leistung von Echtzeitsysteme gestellt. Daher müssen Networks-on-Chip (NoCs) neue, hochdynamische Workloads wie z.B. hochauflösende Sensorfusion und Datenverarbeitung oder autonome Entscheidungsfindung kombiniert mit maschineller Lernen, effizient auf einem System unterbringen. Die Steuerung der zugrunde liegenden NoC-Architektur, muss die Systemsicherheit vor Fehlern, resultierend aus dem dynamischen Verhalten des Systems schützen und gleichzeitig die geforderte Performance bereitstellen. In dieser Arbeit schlagen wir eine neuartige, globale und dynamische Steuerung für NoCs mit Echtzeit QoS Anforderungen vor. Das Schema entkoppelt die Zutrittskontrolle von der Arbitrierung in Routern. Hierdurch wird eine dynamische Anpassung ermöglicht und die Echtzeitanalyse vereinfacht. Der Einsatz einer ausgefeilten vertragsbasierten Ressourcen-Zuweisung wird so ermöglicht, ohne komplexe und schwer wartbare Mechanismen, welche bereits aus dem statischen Plattformmanagement bekannt sind einzuführen. Diese Arbeit stellt ein übergelagertes Netzwerk vor, welches Übertragungen mit Hilfe von Arbitrierungseinheiten, den so genannten Resource Managern (RMs), synchronisiert. Dieses überlagerte Netzwerk ermöglicht eine globale und lasterhaltende Steuerung. Die Beschreibung verschiedener Ressourcenzuweisungstrategien wird ergänzt durch ein Protokolldesign und Methoden zur Verifikation der adaptiven NoC Steuerung mit unterschiedlichen QoS Anforderungen und Verkehrsklassen. Hierfür wird eine formale Worst Case Timing Analyse präsentiert, welche das vorgestellte Verfahren abbildet. Die Resultate bestätitgen, dass die präsentierte Lösung nicht nur eine höhere Performance in der Simulation bietet, sondern auch formal kleinere Worst-Case Latenzen für realistische Systemauslastungen als andere Strategien garantiert. Der vorgestellte Ansatz ist nicht auf eine bestimmte Netzwerkarchitektur oder Topologie beschränkt, da der Mechanismus keine Änderungen an den unterliegenden Routern erfordert und kann daher zusammen mit bestehenden Manycore-Systemen eingesetzt werden. Die Evaluierung erfolgte auf Basis eines leistungsoptimierten Router-Designs sowie zwei auf Echtzeit-Anwendungen fokusierten Platformen. Die Ergebnisse bestätigten, dass der vorgeschlagene Ansatz im Durchschnitt eine deutlich höhere Leistung in der Simulation und Ausführung liefert

Optimización de clusters como plataformas multimedia utilizando clientes predictivios multihilo

En esta tesis doctoral se pretende hacer un estudio de los problemas principales de los clusters de computadoras utilizando aplicaciones multimedia. Enfrentamos las dos partes, arquitectura y aplicaciones y, además, lo hacemos de una forma "real", sin simulaciones. Se va a partir de una plataforma real, formada por un cluster de alta velocidad, y de una aplicación multimedia totalmente flexible como para emular el patrón de tráfico de otras. Esta aplicación va a inyectar la carga multimedia al cluster y va a exigir unos requisitos particulares. El gran reto actual de los cluster es la entrada/salida de alto rendimiento, ya que la computación de alto rendimiento está conseguida. Expondremos los principales problemas y daremos una solución que mejore los resultados obtenidos inicialmente. En entrada/salida existen numerosos e interesantes trabajos. Todos han intentado aportar alguna novedad, con el propósito de mejorar algún punto negro de la entrada/salida. En nuestro trabajo se ha hecho un estudio exhaustivo de todos esos trabajos con el fin de plantear un nuevo método híbrido de adelantamiento de datos para arquitecturas cliente-servidor, en uno de los sistemas de ficheros en red más utilizado actualmente, NFS (Network Fle System) . Pero no solo va a ser un planteamiento algorítmico y teórico, sino que se va a implementar en el mismo núcleo del sistema operativo, donde NFS aparece como modulo, y se realizaran los experimentos para confirmar las mejoras de la implementación desarrollada. Inicialmente, nos planteamos la posibilidad de cambiar la forma de trabajar del servidor, pero después realizamos el traslado al cliente, mucho más manejable y abierto a mejoras de este tipo. Planteamos el diseño de la técnica hibrida de prefetching, una técnica basada en grafos de acceso, con el propósito de adelantar datos no solo del fichero actual que se está leyendo (que eso ya se hacía) sino, también, a través de distintos ficheros. Presentamos también los resultados con este nuevo cliente predictivo y obtenemos una importante reducción en los tiempos de lectura, y unos valores importantes en la ganancia conseguida. Por lo tanto, queda demostrada la utilidad de técnicas e este tipo para el sistema NFS

Interconnection network behavior on a multicomputer in the parallelization of the MPEG coding algorithm. Worm-hole vs Packet-Switching Routing

In this work we propose the implementation of a MPEG encoder developed by the University of California at Berkeley on a multicomputer system. Since this application is in real time, we present a mapping of the video sequence between the EPs of the architecture, where the communication between EPs is minimized. We also propose the necessary load/store process with a simple mechanism input/output, where the global distribution process latency is compensated. Idonety of the topology of the system is analized together with the most adequate commutation technique for the interconnection network. Finally the incidence of the frame format on the system communication performance will be analyzed. 1.INTRODUCTION Video compression plays an important role in many digital video applications, such as digital libreries, video on demand (VOD), and high definition television (HDTV). The main objective of the compression algorithm is to reduce spatial and temporal redundancies of a video sequence so ..

Space and Earth Sciences, Computer Systems, and Scientific Data Analysis Support, Volume 1

This Final Progress Report covers the specific technical activities of Hughes STX Corporation for the last contract triannual period of 1 June through 30 Sep. 1993, in support of assigned task activities at Goddard Space Flight Center (GSFC). It also provides a brief summary of work throughout the contract period of performance on each active task. Technical activity is presented in Volume 1, while financial and level-of-effort data is presented in Volume 2. Technical support was provided to all Division and Laboratories of Goddard's Space Sciences and Earth Sciences Directorates. Types of support include: scientific programming, systems programming, computer management, mission planning, scientific investigation, data analysis, data processing, data base creation and maintenance, instrumentation development, and management services. Mission and instruments supported include: ROSAT, Astro-D, BBXRT, XTE, AXAF, GRO, COBE, WIND, UIT, SMM, STIS, HEIDI, DE, URAP, CRRES, Voyagers, ISEE, San Marco, LAGEOS, TOPEX/Poseidon, Pioneer-Venus, Galileo, Cassini, Nimbus-7/TOMS, Meteor-3/TOMS, FIFE, BOREAS, TRMM, AVHRR, and Landsat. Accomplishments include: development of computing programs for mission science and data analysis, supercomputer applications support, computer network support, computational upgrades for data archival and analysis centers, end-to-end management for mission data flow, scientific modeling and results in the fields of space and Earth physics, planning and design of GSFC VO DAAC and VO IMS, fabrication, assembly, and testing of mission instrumentation, and design of mission operations center