Development of Energy Models for Design Space Exploration of Embedded Many-Core Systems

This paper introduces a methodology to develop energy models for the design space exploration of embedded many-core systems. The design process of such systems can benefit from sophisticated models. Software and hardware can be specifically optimized based on comprehensive knowledge about application scenario and hardware behavior. The contribution of our work is an automated framework to estimate the energy consumption at an arbitrary abstraction level without the need to provide further information about the system. We validated our framework with the configurable many-core system CoreVA-MPSoC. Compared to a simulation of the CoreVA-MPSoC on gate level in a 28nm FD-SOI standard cell technology, our framework shows an average estimation error of about 4%.Comment: Presented at HIP3ES, 201

System-Level Analysis of Network Interfaces for Hierarchical MPSoCs

Ax J, Sievers G, Flasskamp M, Kelly W, Jungeblut T, Porrmann M. System-Level Analysis of Network Interfaces for Hierarchical MPSoCs. In: Proceedings of the 8th International Workshop on Network on Chip Architectures (NoCArc). New York, NY, USA: ACM; 2015: 3-8.Network Interfaces (NIs) are used in Multiprocessor System-on-Chips (MPSoCs) to connect CPUs to a packet switched Network-on-Chip. In this work we introduce a new NI architecture for our hierarchical CoreVA-MPSoC. The CoreVA-MPSoC targets streaming applications in embedded systems. The main contribution of this paper is a system-level analysis of different NI configurations, considering both software and hardware costs for NoC communication. Different configurations of the NI are compared using a benchmark suite of 10 streaming applications. The best performing NI configuration shows an average speedup of 20 for a CoreVA-MPSoC with 32 CPUs compared to a single CPU. Furthermore, we present physical implementation results using a 28 nm FD-SOI standard cell technology. A hierarchical MPSoC with 8 CPU clusters and 4 CPUs in each cluster running at 800 MHz requires an area of 4.56 mm²

An Abstract Model for Performance Estimation of the Embedded Multiprocessor CoreVA-MPSoC Technical Report (v1.0)

Ax J, Flasskamp M, Sievers G, Klarhorst C, Jungeblut T, Kelly W. An Abstract Model for Performance Estimation of the Embedded Multiprocessor CoreVA-MPSoC Technical Report (v1.0).; 2015

A Connected Chair as Part of a Smart Home Environment

Hesse M, Krause AF, Vogel L, et al. A Connected Chair as Part of a Smart Home Environment. Proceedings of IEEE 14th International Conference on Wearable and Implantable Body Sensor Networks. 2017:47-50

Performance Estimation of Streaming Applications for Hierarchical MPSoCs

Flasskamp M, Sievers G, Ax J, et al. Performance Estimation of Streaming Applications for Hierarchical MPSoCs. In: Workshop on Rapid Simulation and Performance Evaluation: Methods and Tools (RAPIDO). New York, NY: ACM Press; 2016: 1

CoreVA-MPSoC: A Many-core Architecture with Tightly Coupled Shared and Local Data Memories

Ax J, Sievers G, Daberkow J, et al. CoreVA-MPSoC: A Many-core Architecture with Tightly Coupled Shared and Local Data Memories. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems. 2018;29(5):1030-1043

Evidenzkarten-basierte Sensorfusion zur Umfelderkennung und Interpretation in der Ernte

Korthals T, Skiba A, Krause T, Jungeblut T. Evidenzkarten-basierte Sensorfusion zur Umfelderkennung und Interpretation in der Ernte. In: Ruckelshausen A, Meyer-Aurich A, Rath T, Recke G, Theuvsen B, eds. Informatik in der Land-, Forst- und Ernährungswirtschaft - Intelligente Systeme - Stand der Technik und neue Möglichkeiten. 2016: 97-100

LEGaTO: first steps towards energy-efficient toolset for heterogeneous computing

LEGaTO is a three-year EU H2020 project which started in December 2017. The LEGaTO project will leverage task-based programming models to provide a software ecosystem for Made-in-Europe heterogeneous hardware composed of CPUs, GPUs, FPGAs and dataflow engines. The aim is to attain one order of magnitude energy savings from the edge to the converged cloud/HPC.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

LEGaTO: towards energy-efficient, secure, fault-tolerant toolset for heterogeneous computing

LEGaTO is a three-year EU H2020 project which started in December 2017. The LEGaTO project will leverage task-based programming models to provide a software ecosystem for Made-in-Europe heterogeneous hardware composed of CPUs, GPUs, FPGAs and dataflow engines. The aim is to attain one order of magnitude energy savings from the edge to the converged cloud/HPC.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Entwurfsraumexploration ressourceneffizienter VLIW-Prozessoren

Jungeblut T. Entwurfsraumexploration ressourceneffizienter VLIW-Prozessoren. Bielefeld: Universität Bielefeld; 2011.Die zunehmende Miniaturisierung digitaler Schaltkreise durch moderne Fertigungsverfahren und die damit verbundene steigende Integrationsdichte von mikroelektronischen Schaltkreisen erlaubt die Realisierung von immer komplexeren und leistungsfähigeren Prozessoren. Die Steigerung der Performanz durch eine reine Erhöhung der Taktfrequenz wirkt sich jedoch nachteilig auf die Leistungsaufnahme des Systems aus. Neue Architekturen stellen die geforderte Leistungsfähigkeit durch eine höhere Parallelität zur Verfügung. Diese ermöglicht eine höhere Energieeffizienz, da die Taktfrequenz eines Parallelprozessors vergleichsweise niedrig gehalten werden kann. Es gilt, eine hohe Ressourceneffizienz, d.h. einen guten Kompromiss zwischen Performanz und Bedarf an Ressourcen, wie Fläche oder Leistungsaufnahme, zu erreichen. Die eng gekoppelten Funktionseinheiten skalierbarer Very-Long-Instruction-Word (VLIW)-Prozessoren eignen sich insbesondere für Anwendungsszenarien, in denen eine hohe Ressourceneffizienz gefordert ist. Diese Arbeit dokumentiert die Entwurfsraumexploration einer skalierbaren und ressourceneffizienten VLIW-Architektur – dem CoreVA-Prozessor. Als Grundlage der Entwicklung dient ein, in Kooperation mit der Fachgruppe "Programmiersprachen und Übersetzer" der Universität Paderborn entwickelter, dualer Entwurfsablauf, der auf einer zentralen Prozessorspezifikation basiert. Der hohe Automatismus dieses Entwurfsablaufs ermöglicht kürzere Iterationszyklen während der Entwicklung und somit die Abdeckung größerer Entwurfsräume, als es bisher möglich war. Ziel der Entwicklung war die Implementierung und Realisierung einer anwendungsspezifischen Architektur, die möglichst gut an das jeweilige Anwendungsszenario angepasst ist. Die Nutzbarkeit des in dieser Arbeit entwickelten Entwurfsablaufes wird anhand der Entwurfsraumexploration des CoreVA-Prozessors gezeigt. Neben der Exploration der funktionalen Parallelität des Prozessorkerns wird auch eine Analyse der Forwarding-Architektur und des Speicher-Subsystems vorgestellt. Zur weiteren Steigerung der Ressourceneffizienz können Hardware-Beschleuniger an das CoreVA-System gekoppelt werden. Verschiedene Anbindungsvarianten erlauben sowohl die eng gekoppelte Integration direkt an den Prozessorkern als auch die flexible Anbindung von externen Hardware-Erweiterungen auf einem dedizierten rekonfigurierbaren Baustein. Die Vorstellung der prototypischen Implementierungen sowohl als FPGA-Prototyp als auch als ASIC-Realisierung bildet den Abschluss dieser Dissertation. In einer 65 nm Low-Power-Standardzellentechnologie von STMicroelectronics belegt der vierfach parallele CoreVA-Prozessor eine Chipfläche von 2,7 mm². Bei einer Taktfrequenz von 400 MHz liefert die Architektur einen Durchsatz von bis zu 3,2 Milliarden Operationen pro Sekunde. Die Leistungsaufnahme liegt bei durchschnittlich 169 mW. Damit wird die Ressourceneffizienz der entwickelten skalierbaren VLIW-Architektur deutlich