TUKUTURI: eine dynamisch selbstrekonfigurierbare Softcore Prozessorarchitektur

Der Entwurf von Systemen zur digitalen Signalverarbeitung stellt den Entwickler vor stetig wachsende Herausforderungen, die durch zunehmende Komplexität von Anwendungen und die dafür benötigte Steigerung der Leistungsfähigkeit eingebetteter Systeme verursacht werden. Ein weiterer Aspekt neben der Leistungsfähigkeit ist die Flexibilität, die es erlaubt, Anwendungen und Algorithmen auch nach Auslieferung eines Systems zu verändern. Diese kann zum einen durch Verwendung von FPGAs erreicht werden, die eine Rekonfiguration der Hardware ermöglichen. Zum anderen können prozessorbasierte Systeme verwendet werden, die Flexibilität durch Programmierbarkeit bereitstellen. Anwendungsspezifische Anpassungen der Prozessorarchitektur und ein hohes Maß an paralleler Datenverarbeitung, beispielsweise durch VLIW-Prozessoren, stellen dabei Mittel zum Erreichen hoher Leistungen dar. Das Thema dieser Arbeit ist die Untersuchung eines Entwurfsprozesses für anwendungsspezifische Prozessorsysteme. Dieser basiert auf einem flexiblen SIMD-VLIW-Prozessor, der in großem Umfang konfiguriert und durch zusätzliche Hardwaremodule erweitert werden kann. Zur Exploration des Entwurfsraums werden Werkzeuge zur Analyse von Prozessorkonfigurationen in realen Anwendungen bereitgestellt sowie Methoden zur automatisierten Adaption der Architektur auf Basis dieser Analyseergebnisse untersucht. Die Kompilierung von Anwendungen für VLIW-Architekturen wird aufgrund der kombinatorischen Komplexität üblicherweise mittels statischer Heuristiken durchgeführt, wodurch eine optimale Adaption an flexible Architekturen erschwert werden kann. Daher werden hier dynamische Methoden zur Codegenerierung, die auf evolutionären Algorithmen basieren, untersucht. Die Umsetzung der Architektur als Softcore auf einem FPGA bietet zusätzlich die Möglichkeit der dynamischen Adaption der Hardware zur Laufzeit. Diese Möglichkeiten und deren Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Prozessorsysteme werden ebenfalls untersucht. Die Analyse des Entwurfsprozesses in einer exemplarischen Anwendung der bildbasierten Objekterkennung und der Vergleich mit Implementierungen auf einem MIPS-Softcore bzw. VLIW-DSP zeigen die Eignung der Methoden zur Adaption von Softcore-Prozessoren und der EA-basierten Kompilierung von Anwendungen. Die dynamische Hardwarerekonfiguration zur Laufzeit kann bei reduziertem Flächenbedarf für die Hardware ohne Leistungsverlust eingesetzt werden

Spatial variation in the trophic structure of micronekton assemblages from the eastern tropical North Atlantic in two regions of differing productivity and oxygen environments

Highlights: • Micronekton ecology differed between equatorial (EQ) and low-oxygen waters (LO). • The δ15N enrichment per trophic level was lower in the productive LO than in the EQ. • Migrating fauna in the LO encounter increased competition for food resources. • The δ15N values of non-migrators increased with depth in the EQ, but not in the LO. • The δ15N values of mesopelagic micronektonivores were lower in the productive LO. Abstract: The ecology of vertically migrating mesopelagic micronekton is affected by physical properties of their environment. Increased light attenuation in particle-rich productive waters, as well as low oxygen conditions decrease the migration amplitude. This likely has implications on the trophic organisation of micronekton communities, which are predominantly governed by niche partitioning in the vertical dimension. We investigated trophic structures of pelagic communities in the eastern tropical North Atlantic by comparing micronekton species assemblages from the low-oxygen region influenced by Mauritanian upwelling between 8° and 11° N (LO) and the less productive and more oxygenated equatorial area between 0 and 4°N (EQ). We analysed stable isotopes of carbon (δ13C) and nitrogen (δ15N) in body tissues of 35 species of mesopelagic fishes, four species of cephalopods, two species of cnidarians, and two species of decapods and used these values as a proxy for their trophic niche and correlated them with the traits feeding guild, migration pattern, mean depth of occurrence and body size. Our results demonstrate significant regional differences in the food web structure and vertical trophic interactions of the investigated micronekton assemblages. Diurnally migrating fishes that predominantly feed on copepods exhibited higher δ15N values in the LO (9.6‰) than in the EQ (8.9‰), reflecting changes in baseline values of pelagic tunicates. Contrary, all other Feeding – Migrator guilds show lower or similar δ15N values in the LO compared to the EQ, indicating reduced isotopic enrichment between trophic levels (TL) in the LO compared to the EQ. Further, a generally lower δ15N enrichment between TL3 – TL4 compared to TL2 – TL3 was observed (LO: TL2 – TL3: ~2.2‰, TL3 – TL4: ~1.2‰; EQ: TL2 – TL3: ~3.5‰, TL3 – TL4: ~2.2‰). Quantitative isotopic niche metrics suggest enhanced competition in trophic niche space, whereas relative isotopic niche positions indicate an increased importance of food from lower trophic levels (non-crustacean and/or gelatinous prey resources) for fishes from the LO compared to the EQ. The absence of a depth-related increase in δ15N values of partial- and nonmigrators of the LO is contrary to results from the EQ and previously published data. Low δ15N values in partially and nonmigrating micronektonivores of the LO in comparison with those of the EQ could be due to feeding on lower trophic prey components in the LO, as is indicated by an overlap in isotopic niche with that of partially and nonmigrating mixed crustacean feeders in the LO. Alternatively, driving mechanisms could be the consumption of prey from shallower waters, regional differences in δ15N enrichment, species-specific ecological differences or a combination of these processes. Each of these explanations is likely tightly correlated to a vertical biogeochemical structuring effect of low oxygen midwater layers fuelled by high nitrate inputs from the Mauritanian upwelling region. Our study provides crucial ecological insights for a better understanding of large-scale gradients in micronekton migration patterns