Accélération de la simulation par échantillonnage dans les architectures multiprocesseurs embarquées

Simulation acceleration by sampling for embedded multiprocessor architectures

• Auteur / Autrice : Melhem Tawk
• Direction : Smaïl Niar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Valenciennes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'automatique, de mécanique et d'informatique industrielles et humaines (Valenciennes, Nord1994-...)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Multiprocesseurs

Simulation, Méthodes de

Systèmes embarqués (informatique)

Résumé

La conception de systèmes embarqués s’appuie fortement sur la simulation pour évaluer et valider des nouvelles configurations architecturales avant la réalisation physique. Néanmoins, comme ces systèmes deviennent de plus en plus complexes, la simulation de ces systèmes exige des temps importants. Ce problème est encore plus visible au niveau des architectures embarquées multiprocesseurs (ou MPSoC) qui offrent des performances certes intéressantes (en nombre d’instructions/Joule) mais qui exigent des simulateurs performants. Pour ces systèmes, il est impératif d’accélérer la simulation afin de réduire les délais de la phase d’évaluation des performances et obtenir ainsi des temps d’arrivée sur le marché (time-to-market) relativement courts. La thèse s’intéresse aux méthodes d’accélération de la simulation pour ce type d’architectures. Dans ce cadre, nous avons proposé une série de solutions visant à accélérer la simulation des MPSoC. L’ensemble des méthodes proposées sont basées sur l’échantillonnage des applications. Ainsi, les applications parallèles sont d’abords analysées afin de détecter les différentes phases qui les composent. Par la suite et pendant la simulation, les phases s’exécutant en parallèle se combinent et forment des clusters de phases. Nous avons mis au point des techniques qui permettent de former les clusters, de les détecter et de sauvegarder leurs statistiques de façon intéressante. Chaque cluster représente un échantillon d’intervalles d’exécution de l’application similaires. La détection de ces derniers nous évite de simuler plusieurs fois le même échantillon. Pour réduire le nombre de clusters dans les applications et augmenter le nombre d’occurrences des clusters simulés, une optimisation de la méthode a été proposée afin d’adapter dynamiquement la taille des phases des applications à simuler. Ceci permet de détecter facilement les scenarios des clusters exécutés lorsqu’une répétition dans le comportement des applications a lieu. Enfin, pour rendre notre méthodologie viable dans un environnement de conception de MPSoC, nous avons proposé des techniques performantes pour la construction de l’état exact du système au démarrage (checkpoint) de la simulation des clusters.

Embedded system design relies heavily on simulation to evaluate and validate new platforms before implementation. Nevertheless, as technological advances allow the realization of more complex circuits, simulation time of these systems is considerably increasing. This problem arises mostly in the case of embedded multiprocessor architectures (MPSoC) which offer high performances (in terms of instructions/Joule) but which require powerful simulators. For such systems, simultion should be accelerated in order to speed up their design flow thus reducing the time-to-market. In this thesis, we proposed a series of solutions aiming at accelerating the simulation of MPSoC. The proposed methods are based on application sampling. Thus, the parallel applications are first analyzed in order to detect the different phases which compose them. Thereafter and during the simulation, the phases executed in parallel are combined together in order to generate clusters of phases. We developed techniques that facilitate generating clusters, detecting repeated ones and recording their statistics in an efficient way. Each cluster represents a sample of similar execution intervals of the application. The detection of these similar intervals saves us simulating several times the same sample. To reduce the number of clusters in the applications and to increase the occurrence number of simulated clusters, an optimization of the method was proposed to dynamically adapt phase size of the applications. This makes it possible to easily detect the scenarios of the executed clusters when a repetition in the behavior of the applications takes place. Finally, to make our methodology viable in an MPSoC design environment, we proposed efficient techniques to construct the real system state at the simulation starting point (checkpoint) of the cluster.