1,755 research outputs found

    The Level-0 Muon Trigger for the LHCb Experiment

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    A very compact architecture has been developed for the first level Muon Trigger of the LHCb experiment that processes 40 millions of proton-proton collisions per second. For each collision, it receives 3.2 kBytes of data and it finds straight tracks within a 1.2 microseconds latency. The trigger implementation is massively parallel, pipelined and fully synchronous with the LHC clock. It relies on 248 high density Field Programable Gate arrays and on the massive use of multigigabit serial link transceivers embedded inside FPGAs.Comment: 33 pages, 16 figures, submitted to NIM

    Scalable and deterministic timing-driven parallel placement for FPGAs

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    NaNet: a Low-Latency, Real-Time, Multi-Standard Network Interface Card with GPUDirect Features

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    While the GPGPU paradigm is widely recognized as an effective approach to high performance computing, its adoption in low-latency, real-time systems is still in its early stages. Although GPUs typically show deterministic behaviour in terms of latency in executing computational kernels as soon as data is available in their internal memories, assessment of real-time features of a standard GPGPU system needs careful characterization of all subsystems along data stream path. The networking subsystem results in being the most critical one in terms of absolute value and fluctuations of its response latency. Our envisioned solution to this issue is NaNet, a FPGA-based PCIe Network Interface Card (NIC) design featuring a configurable and extensible set of network channels with direct access through GPUDirect to NVIDIA Fermi/Kepler GPU memories. NaNet design currently supports both standard - GbE (1000BASE-T) and 10GbE (10Base-R) - and custom - 34~Gbps APElink and 2.5~Gbps deterministic latency KM3link - channels, but its modularity allows for a straightforward inclusion of other link technologies. To avoid host OS intervention on data stream and remove a possible source of jitter, the design includes a network/transport layer offload module with cycle-accurate, upper-bound latency, supporting UDP, KM3link Time Division Multiplexing and APElink protocols. After NaNet architecture description and its latency/bandwidth characterization for all supported links, two real world use cases will be presented: the GPU-based low level trigger for the RICH detector in the NA62 experiment at CERN and the on-/off-shore data link for KM3 underwater neutrino telescope

    Reconfigurable microarchitectures at the programmable logic interface

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    Automated Hardware Prototyping for 3D Network on Chips

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    Vor mehr als 50 Jahren stellte IntelÂź MitbegrĂŒnder 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 gĂŒltig, aber ein Ende von Moores Gesetz ist in Sicht. Mit dem Ende von Moore’s Gesetz mĂŒssen neue Aspekte untersucht werden, um weiterhin die Leistung von integrierten Schaltungen zu steigern. Zwei mögliche AnsĂ€tze fĂŒr "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 TechnologiegrĂ¶ĂŸen, vor allem jenseits der 60 nm, neue Herausforderungen. Eine Schwierigkeit ist die WĂ€rmeableitung 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 fĂŒr 3D On-Chip Netzwerke, einschließlich eines FPGA Prototypen. DafĂŒr wurde ein Takt-synchrones 2D Netzwerk auf ein dreidimensionales asynchrones Netzwerk mit mehreren Frequenzbereichen erweitert. ZusĂ€tzlich 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 fĂŒr den Entwurf neuer Hardware Projekte entwickelt. Eine grafische BenutzeroberflĂ€che zum Erstellen des gesamten Designablaufs, vom Erstellen der Architektur, Parameter Deklaration, Simulation, Synthese und Test ist Teil dieses Werkzeugs. Zudem stellt die GrĂ¶ĂŸe der Architektur fĂŒr die Erstellung eines Prototypen eine besondere Herausforderung dar. FrĂŒhere Arbeiten haben es versĂ€umt, 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

    A highly parameterized and efficient FPGA-based skeleton for pairwise biological sequence alignment

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    Optimising and evaluating designs for reconfigurable hardware

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    Growing demand for computational performance, and the rising cost for chip design and manufacturing make reconfigurable hardware increasingly attractive for digital system implementation. Reconfigurable hardware, such as field-programmable gate arrays (FPGAs), can deliver performance through parallelism while also providing flexibility to enable application builders to reconfigure them. However, reconfigurable systems, particularly those involving run-time reconfiguration, are often developed in an ad-hoc manner. Such an approach usually results in low designer productivity and can lead to inefficient designs. This thesis covers three main achievements that address this situation. The first achievement is a model that captures design parameters of reconfigurable hardware and performance parameters of a given application domain. This model supports optimisations for several design metrics such as performance, area, and power consumption. The second achievement is a technique that enhances the relocatability of bitstreams for reconfigurable devices, taking into account heterogeneous resources. This method increases the flexibility of modules represented by these bitstreams while reducing configuration storage size and design compilation time. The third achievement is a technique to characterise the power consumption of FPGAs in different activity modes. This technique includes the evaluation of standby power and dedicated low-power modes, which are crucial in meeting the requirements for battery-based mobile devices
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