Problems in characterizing barrier performance

The barrier is a synchronization construct which is useful in separating a parallel program into parallel sections which are executed in sequence. The completion of a barrier requires cooperation among all executing processes. This requirement not only introduces the wait for the slowest process delay which is inherent in the definition of the synchronization, but also has implications for the efficient implementation and measurement of barrier performance in different systems. Types of barrier implementation and their relationship to different multiprocessor environments are described. Then the problem of measuring the performance of barrier implementations on specific machine architecture is discussed. The fact that the barrier synchronization requires the cooperation of all processes makes the problem of performance measurement similarly global. Making non-intrusive measurements of sufficient accuracy can be tricky on systems offering only rudimentary measurement tools

Predictable mapping of streaming applications on multiprocessors

Het ontwerp van nieuwe consumentenelektronica wordt voortdurend complexer omdat er steeds meer functionaliteit in deze apparaten ge¨integreerd wordt. Een voorspelbaar ontwerptraject is nodig om deze complexiteit te beheersen. Het resultaat van dit ontwerptraject zou een systeem moeten zijn, waarin iedere applicatie zijn eigen taken binnen een strikte tijdslimiet kan uitvoeren, onafhankelijk van andere applicaties die hetzelfde systeem gebruiken. Dit vereist dat het tijdsgedrag van de hardware, de software, evenals hun interactie kan worden voorspeld. Er wordt vaak voorgesteld om een heterogeen multi-processor systeem (MPSoC) te gebruiken in moderne elektronische systemen. Een MP-SoC heeft voor veel applicaties een goede verhouding tussen rekenkracht en energiegebruik. Onchip netwerken (NoCs) worden voorgesteld als interconnect in deze systemen. Een NoC is schaalbaar en het biedt garanties wat betreft de hoeveelheid tijd die er nodig is om gegevens te communiceren tussen verschillende processoren en geheugens. Door het NoC te combineren met een voorspelbare strategie om de processoren en geheugens te delen, ontstaat een hardware platform met een voorspelbaar tijdsgedrag. Om een voorspelbaar systeem te verkrijgen moet ook het tijdsgedrag van een applicatie die wordt uitgevoerd op het platform voorspelbaar en analyseerbaar zijn. Het Synchronous Dataflow (SDF) model is erg geschikt voor het modelleren van applicaties die werken met gegevensstromen. Het model kan vele ontwerpbeslissingen modelleren en het is mogelijk om tijdens het ontwerptraject het tijdsgedrag van het systeem te analyseren. Dit proefschrift probeert om applicaties die gemodelleerd zijn met SDF grafen op een zodanige manier af te beelden op een NoC-gebaseerd MP-SoC, dat garanties op het tijdsgedrag van individuele applicaties gegeven kunnen worden. De doorstroomsnelheid van een applicatie is vaak een van de belangrijkste eisen bij het ontwerpen van systemen voor applicaties die werken met gegevensstromen. Deze doorstroomsnelheid wordt in hoge mate be¨invloed door de beschikbare ruimte om resultaten (gegevens) op te slaan. De opslagruimte in een SDF graaf wordt gemodelleerd door de pijlen in de graaf. Het probleem is dat er een vaste grootte voor de opslagruimte aan de pijlen van een SDF graaf moet worden toegewezen. Deze grootte moet zodanig worden gekozen dat de vereiste doorstroomsnelheid van het systeem gehaald wordt, terwijl de benodigde opslagruimte geminimaliseerd wordt. De eerste belangrijkste bijdrage van dit proefschrift is een techniek om de minimale opslagruimte voor iedere mogelijke doorstroomsnelheid van een applicatie te vinden. Ondanks de theoretische complexiteit van dit probleem presteert de techniek in praktijk goed. Doordat de techniek alle mogelijke minimale combinaties van opslagruimte en doorstroomsnelheid vindt, is het mogelijk om met situaties om te gaan waarin nog niet alle ontwerpbeslissingen zijn genomen. De ontwerpbeslissingen om twee taken van een applicatie op ´e´en processor uit te voeren, zou bijvoorbeeld de doorstroomsnelheid kunnen be¨invloeden. Hierdoor is er een onzekerheid in het begin van het ontwerptraject tussen de berekende doorstroomsnelheid en de doorstroomsnelheid die daadwerkelijk gerealiseerd kan worden als alle ontwerpbeslissingen zijn genomen. Tijdens het ontwerptraject moeten de taken waaruit een applicatie is opgebouwd toegewezen worden aan de verschillende processoren en geheugens in het systeem. Indien meerdere taken een processor delen, moet ook de volgorde bepaald worden waarin deze taken worden uitgevoerd. Een belangrijke bijdrage van dit proefschrift is een techniek die deze toewijzing uitvoert en die de volgorde bepaalt waarin taken worden uitgevoerd. Bestaande technieken kunnen alleen omgaan met taken die een ´e´en-op-´e´en relatie met elkaar hebben, dat wil zeggen, taken die een gelijk aantal keren uitgevoerd worden. In een SDF graaf kunnen ook complexere relaties worden uitgedrukt. Deze relaties kunnen omgeschreven worden naar een ´e´en-op-´e´en relatie, maar dat kan leiden tot een exponenti¨ele groei van het aantal taken in de graaf. Hierdoor kan het onmogelijk worden om in een beperkte tijd alle taken aan de processoren toe te wijzen en om de volgorde te bepalen waarin deze taken worden uitgevoerd. De techniek die in dit proefschrift wordt gepresenteerd, kan omgaan met de complexe relaties tussen taken in een SDF graaf zonder de vertaling naar de ´e´en-op-´e´en relaties te maken. Dit is mogelijk dankzij een nieuwe, effici¨ente techniek om de doorstroomsnelheid van SDF grafen te bepalen. Nadat de taken van een applicatie toegewezen zijn aan de processoren in het hardware platform moet de communicatie tussen deze taken op het NoC gepland worden. In deze planning moet voor ieder bericht dat tussen de taken wordt verstuurd, worden bepaald welke route er gebruikt wordt en wanneer de communicatie gestart wordt. Dit proefschrift introduceert drie strategie¨en voor het versturen van berichten met een strikte tijdslimiet. Alle drie de strategie¨en maken maximaal gebruik van de beschikbare vrijheid die moderne NoCs bieden. Experimenten tonen aan dat deze strategie¨en hierdoor effici¨enter omgaan met de beschikbare hardware dan bestaande strategie¨en. Naast deze strategie¨en wordt er een techniek gepresenteerd om uit de ontwerpbeslissingen die gemaakt zijn tijdens het toewijzen van taken aan de processoren alle tijdslimieten af te leiden waarbinnen de berichten over het NoC gecommuniceerd moeten worden. Deze techniek koppelt de eerder genoemde techniek voor het toewijzen van taken aan processoren aan de drie strategie¨en om berichten te versturen over het NoC. Tenslotte worden de verschillende technieken die in dit proefschrift worden ge¨introduceerd gecombineerd tot een compleet ontwerptraject. Het startpunt is een SDF graaf die een applicatie modelleert en een NoC-gebaseerd MP-SoC platform met een voorspelbaar tijdsgedrag. Het doel van het ontwerptraject is het op een zodanige manier afbeelden van de applicatie op het platform dat de doorstroomsnelheid van de applicatie gegarandeerd kan worden. Daarnaast probeert het ontwerptraject de hoeveelheid hardware die gebruikt wordt te minimaliseren. Er wordt een experiment gepresenteerd waarin drie verschillende multimedia applicaties (H.263 encoder/decoder en een MP3 decoder) op een NoCgebaseerd MP-SoC worden afgebeeld. Dit experiment toont aan dat de technieken die in dit proefschrift worden voorgesteld, gebruikt kunnen worden voor het ontwerpen van systemen met een voorspelbaar tijdsgedrag. Hiermee is het voorgestelde ontwerptraject het eerste traject dat een met een SDF-gemodelleerde applicatie op een NoC-gebaseerd MP-SoC kan afbeelden, terwijl er garanties worden gegeven over de doorstroomsnelheid van de applicatie

Design and analysis of SRAMs for energy harvesting systems

PhD ThesisAt present, the battery is employed as a power source for wide varieties of microelectronic systems ranging from biomedical implants and sensor net-works to portable devices. However, the battery has several limitations and incurs many challenges for the majority of these systems. For instance, the design considerations of implantable devices concern about the battery from two aspects, the toxic materials it contains and its lifetime since replacing the battery means a surgical operation. Another challenge appears in wire-less sensor networks, where hundreds or thousands of nodes are scattered around the monitored environment and the battery of each node should be maintained and replaced regularly, nonetheless, the batteries in these nodes do not all run out at the same time. Since the introduction of portable systems, the area of low power designs has witnessed extensive research, driven by the industrial needs, towards the aim of extending the lives of batteries. Coincidentally, the continuing innovations in the field of micro-generators made their outputs in the same range of several portable applications. This overlap creates a clear oppor-tunity to develop new generations of electronic systems that can be powered, or at least augmented, by energy harvesters. Such self-powered systems benefit applications where maintaining and replacing batteries are impossi-ble, inconvenient, costly, or hazardous, in addition to decreasing the adverse effects the battery has on the environment. The main goal of this research study is to investigate energy harvesting aware design techniques for computational logic in order to enable the capa- II bility of working under non-deterministic energy sources. As a case study, the research concentrates on a vital part of all computational loads, SRAM, which occupies more than 90% of the chip area according to the ITRS re-ports. Essentially, this research conducted experiments to find out the design met-ric of an SRAM that is the most vulnerable to unpredictable energy sources, which has been confirmed to be the timing. Accordingly, the study proposed a truly self-timed SRAM that is realized based on complete handshaking protocols in the 6T bit-cell regulated by a fully Speed Independent (SI) tim-ing circuitry. The study proved the functionality of the proposed design in real silicon. Finally, the project enhanced other performance metrics of the self-timed SRAM concentrating on the bit-line length and the minimum operational voltage by employing several additional design techniques.Umm Al-Qura University, the Ministry of Higher Education in the Kingdom of Saudi Arabia, and the Saudi Cultural Burea

Submicron Systems Architecture Project: Semiannual Technical Report

No abstract available

Deep Space Network information system architecture study

The purpose of this article is to describe an architecture for the Deep Space Network (DSN) information system in the years 2000-2010 and to provide guidelines for its evolution during the 1990s. The study scope is defined to be from the front-end areas at the antennas to the end users (spacecraft teams, principal investigators, archival storage systems, and non-NASA partners). The architectural vision provides guidance for major DSN implementation efforts during the next decade. A strong motivation for the study is an expected dramatic improvement in information-systems technologies, such as the following: computer processing, automation technology (including knowledge-based systems), networking and data transport, software and hardware engineering, and human-interface technology. The proposed Ground Information System has the following major features: unified architecture from the front-end area to the end user; open-systems standards to achieve interoperability; DSN production of level 0 data; delivery of level 0 data from the Deep Space Communications Complex, if desired; dedicated telemetry processors for each receiver; security against unauthorized access and errors; and highly automated monitor and control

The Fifth NASA Symposium on VLSI Design

The fifth annual NASA Symposium on VLSI Design had 13 sessions including Radiation Effects, Architectures, Mixed Signal, Design Techniques, Fault Testing, Synthesis, Signal Processing, and other Featured Presentations. The symposium provides insights into developments in VLSI and digital systems which can be used to increase data systems performance. The presentations share insights into next generation advances that will serve as a basis for future VLSI design