Developing a distributed electronic health-record store for India

The DIGHT project is addressing the problem of building a scalable and highly available information store for the Electronic Health Records (EHRs) of the over one billion citizens of India

A Survey of Techniques for Architecting TLBs

“Translation lookaside buffer” (TLB) caches virtual to physical address translation information and is used in systems ranging from embedded devices to high-end servers. Since TLB is accessed very frequently and a TLB miss is extremely costly, prudent management of TLB is important for improving performance and energy efficiency of processors. In this paper, we present a survey of techniques for architecting and managing TLBs. We characterize the techniques across several dimensions to highlight their similarities and distinctions. We believe that this paper will be useful for chip designers, computer architects and system engineers

Resource-aware Programming in a High-level Language - Improved performance with manageable effort on clustered MPSoCs

Bis 2001 bedeutete Moores und Dennards Gesetz eine Verdoppelung der Ausführungszeit alle 18 Monate durch verbesserte CPUs. Heute ist Nebenläufigkeit das dominante Mittel zur Beschleunigung von Supercomputern bis zu mobilen Geräten. Allerdings behindern neuere Phänomene wie "Dark Silicon" zunehmend eine weitere Beschleunigung durch Hardware. Um weitere Beschleunigung zu erreichen muss sich auch die Soft­ware mehr ihrer Hardware Resourcen gewahr werden. Verbunden mit diesem Phänomen ist eine immer heterogenere Hardware. Supercomputer integrieren Beschleuniger wie GPUs. Mobile SoCs (bspw. Smartphones) integrieren immer mehr Fähigkeiten. Spezialhardware auszunutzen ist eine bekannte Methode, um den Energieverbrauch zu senken, was ein weiterer wichtiger Aspekt ist, welcher mit der reinen Geschwindigkeit abgewogen werde muss. Zum Beispiel werden Supercomputer auch nach "Performance pro Watt" bewertet. Zur Zeit sind systemnahe low-level Programmierer es gewohnt über Hardware nachzudenken, während der gemeine high-level Programmierer es vorzieht von der Plattform möglichst zu abstrahieren (bspw. Cloud). "High-level" bedeutet nicht, dass Hardware irrelevant ist, sondern dass sie abstrahiert werden kann. Falls Sie eine Java-Anwendung für Android entwickeln, kann der Akku ein wichtiger Aspekt sein. Irgendwann müssen aber auch Hochsprachen resourcengewahr werden, um Geschwindigkeit oder Energieverbrauch zu verbessern. Innerhalb des Transregio "Invasive Computing" habe ich an diesen Problemen gearbeitet. In meiner Dissertation stelle ich ein Framework vor, mit dem man Hochsprachenanwendungen resourcengewahr machen kann, um so die Leistung zu verbessern. Das könnte beispielsweise erhöhte Effizienz oder schnellerer Ausführung für das System als Ganzes bringen. Ein Kerngedanke dabei ist, dass Anwendungen sich nicht selbst optimieren. Stattdessen geben sie alle Informationen an das Betriebssystem. Das Betriebssystem hat eine globale Sicht und trifft Entscheidungen über die Resourcen. Diesen Prozess nennen wir "Invasion". Die Aufgabe der Anwendung ist es, sich an diese Entscheidungen anzupassen, aber nicht selbst welche zu fällen. Die Herausforderung besteht darin eine Sprache zu definieren, mit der Anwendungen Resourcenbedingungen und Leistungsinformationen kommunizieren. So eine Sprache muss ausdrucksstark genug für komplexe Informationen, erweiterbar für neue Resourcentypen, und angenehm für den Programmierer sein. Die zentralen Beiträge dieser Dissertation sind: Ein theoretisches Modell der Resourcen-Verwaltung, um die Essenz des resourcengewahren Frameworks zu beschreiben, die Korrektheit der Entscheidungen des Betriebssystems bezüglich der Bedingungen einer Anwendung zu begründen und zum Beweis meiner Thesen von Effizienz und Beschleunigung in der Theorie. Ein Framework und eine Übersetzungspfad resourcengewahrer Programmierung für die Hochsprache X10. Zur Bewertung des Ansatzes haben wir Anwendungen aus dem High Performance Computing implementiert. Eine Beschleunigung von 5x konnte gemessen werden. Ein Speicherkonsistenzmodell für die X10 Programmiersprache, da dies ein notwendiger Schritt zu einer formalen Semantik ist, die das theoretische Modell und die konkrete Implementierung verknüpft. Zusammengefasst zeige ich, dass resourcengewahre Programmierung in Hoch\-sprachen auf zukünftigen Architekturen mit vielen Kernen mit vertretbarem Aufwand machbar ist und die Leistung verbessert

A Survey of Asynchronous Programming Using Coroutines in the Internet of Things and Embedded Systems

Many Internet of Things and embedded projects are event-driven, and therefore require asynchronous and concurrent programming. Current proposals for C++20 suggest that coroutines will have native language support. It is timely to survey the current use of coroutines in embedded systems development. This paper investigates existing research which uses or describes coroutines on resource-constrained platforms. The existing research is analysed with regard to: software platform, hardware platform and capacity; use cases and intended benefits; and the application programming interface design used for coroutines. A systematic mapping study was performed, to select studies published between 2007 and 2018 which contained original research into the application of coroutines on resource-constrained platforms. An initial set of 566 candidate papers were reduced to only 35 after filters were applied, revealing the following taxonomy. The C & C++ programming languages were used by 22 studies out of 35. As regards hardware, 16 studies used 8- or 16-bit processors while 13 used 32-bit processors. The four most common use cases were concurrency (17 papers), network communication (15), sensor readings (9) and data flow (7). The leading intended benefits were code style and simplicity (12 papers), scheduling (9) and efficiency (8). A wide variety of techniques have been used to implement coroutines, including native macros, additional tool chain steps, new language features and non-portable assembly language. We conclude that there is widespread demand for coroutines on resource-constrained devices. Our findings suggest that there is significant demand for a formalised, stable, well-supported implementation of coroutines in C++, designed with consideration of the special needs of resource-constrained devices, and further that such an implementation would bring benefits specific to such devices.Comment: 22 pages, 8 figures, to be published in ACM Transactions on Embedded Computing Systems (TECS