Exploration haut niveau des architectures multiprocesseurs : analyse et métrique

par Issam Maalej

Thèse de doctorat en Sciences de l'ingénieur. Électronique et informatique industrielle

Sous la direction de Jean-Luc Philippe.

Soutenue en 2007

à Lorient .


  • Résumé

    L’étape d’exploration architecturale est une étape critique du flot de conception des systèmes embarqués dans la mesure où les décisions prises à ce niveau impactent très fortement les performances finales du système. Les applications et les architectures ont fortement évolué ces dernières années et cette tendance se confirme pour l'avenir. Face à cette complexité croissante l'étape d’exploration architecturale atteint ses limites et n’est plus en mesure d'appréhender les applications composées de plusieurs centaines de tâches ainsi que les architectures multiprocesseurs dont le nombre de processeurs croît continuellement. Les travaux développés au cours de cette thèse visent donc à lever ce verrou en proposant une extension aux flots de conception utilisés actuellement. Pour cela, une réflexion a été menée afin d’identifier et analyser les points critiques résultant des évolutions architecturales. Un modèle d’architecture multi-PACM (Processeur Accumulateur Coprocesseur Mémoire) a ainsi été élaboré pour représenter à la fois les architectures et plusieurs paramètres critiques (i. E. Proximité spatiale, parallélisme et diversité logicielle). L'approche de conception proposée se décompose en deux étapes et se situe en amont des étapes d'exploration traditionnelles (i. E. Partitionnement logiciel/matériel). Ainsi l’étape d’exploration est précédée par une étape de pré-exploration au niveau fonctionnel afin de réduire l’espace des architectures et réduire par conséquent les coûts et la complexité de l’exploration. L’étape de pré-exploration consiste à distribuer les tâches entre les PACM de l’architecture pour aboutir à un nombre réduit de partitions. Cette étape correspond à un problème d'optimisation multi-objectif visant à maximiser six métriques qui ont été identifiées et formalisées. Ces dernières visent à optimiser la distribution des échanges de données, le partage des données et la distribution des contraintes de débit au niveau des partitions afin d’optimiser le temps, la surface et la consommation du système. La projection des paramètres temps, surface et consommation des approches actuelles sur un espace basé sur les 6 métriques proposées permet de réduire les coûts d’exploration. En effet, l'utilisation des métriques conduit à une abstraction des paramètres technologiques. L’approche proposée, qui repose sur un algorithme génétique, est flexible et permet au concepteur d’enrichir et de guider le processus d'exploration. Plusieurs applications ont été considérées afin de valider la démarche proposée. L'application UMTS a permis de valider les métriques et leur analyse par l’algorithme génétique. L'application de codage audio AC3 a permis de valider le flot proposé en deux étapes. Enfin l'application ICAM a démontré la capacité de l’approche proposée à appréhender un espace de conception étendu aussi bien du point de vue de l’application que de l’architecture.

  • Titre traduit

    High level exploration of multiprocessor architectures : analysis and metrics


  • Résumé

    Architecture exploration is a fundamental step in the design flow of embedded systems since the decisions made at this level have a significant impact on the final performance of the system. Applications and architectures have evolved and are still evolving, which increases the complexity of architecture exploration approaches. Indeed, these approaches have reached their own limits and are less efficient to handle applications which include a huge number of tasks and multiprocessor platforms with an increasing number of processors. In this PhD, to address this major lock, we discuss about the issue caused by multiprocessor architectures exploration with a high number of processors for applications that include many tasks. A study has been performed in order to identify and analyse design problems caused by these applications. A new architecture exploration approach has been implemented in order to overcome those problems. For that purpose a multi-PACM (Processor Accelerator Coprocessor Memory) architecture template has been established to represent both architectures specification and its new parameters (proximity, parallelism and software diversity). Our design space exploration approach is divided in two steps. The exploration step is preceded by a pre-exploration step which takes place at a higher level (functional) in order to reduce the architecture space as well as the exploration costs and complexity. Pre-exploration step consists in distributing tasks into the architecture’s PACMs. The distribution of tasks among the PACMs is called "partition". Pre-exploration step is a multi-objective optimisation aiming at maximising six metrics that have been defined and formalized. The purpose of these metrics consists in optimising the distribution of data exchanges, data sharing, and throughput constraints at the level of partitions in order to optimise the system time, area and consumption. Projecting time, area and consumption space used in traditional methods into a six-metric-based space allows the reduction of the exploration costs since metrics are less dependent on technology. This approach which is based on a genetic algorithm is flexible and helps the designer to enrich and guide the exploration process. UMTS transmitter, AC3 signal encoding and ICAM object tracking applications have been used to validate the metrics and their analysis through the genetic algorithm. They have also demonstrated the exploration approach and its ability to face with an extended design space, both from an application and an architecture point of view.

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Informations

  • Détails : 149 p.
  • Annexes : Bibliogr. p. 143 à 149

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