Definition and evaluation of spatio-temporal scheduling strategies for 3D multi-core heterogeneous architectures

par Quang Hai Khuat

Thèse de doctorat en Traitement du signal et télécommunications

Sous la direction de Daniel Chillet.

  • Titre traduit

    Définition et évaluation des stratégies d’ordonnancement spatio-temporel pour les architectures 3D multicore hétérogènes


  • Résumé

    Empilant une couche multiprocesseur (MPSoC) et une couche de FPGA pour former un système sur puce reconfigurable en trois dimension (3DRSoC), est une solution prometteuse donnant un niveau de flexibilité élevé en adaptant l'architecture aux applications visées. Pour une application exécutée sur ce système, l'un des principaux défis vient de la gestion de haut niveau des tâches. Cette gestion est effectuée par le service d'ordonnancement du système d'exploitation et elle doit être en mesure de déterminer, lors de l'exécution de l'application, quelle tâche est exécutée logiciellement et/ou matériellement, quand (dimension temporelle) et sur quelles ressources (dimension spatiale, c'est à dire sur quel processeur ou quelle région du FPGA) pour atteindre la haute performance du système. Dans cette thèse, nous proposons des stratégies d'ordonnancement spatio-temporel pour les architectures 3DRSoCs. La première stratégie décide la nécessité de placer une tâche matérielle et une tâche logicielle en face-à-face afin que le coût de la communication entre tâches soit minimisé. La deuxième stratégie vise à minimiser le temps d'exécution globale de l'application. Cette stratégie exploits la présence de processeurs de la couche MPSoC afin d'anticiper, en temps-réel, l'exécution d'une tâche logicielle quand sa version matérielle ne peut pas être allouée sur le FPGA. Ensuite, un outil de simulation graphique a été développé pour vérifier le bon fonctionnement des stratégies développées et aussi nous permettre de produire des résultats.


  • Résumé

    Stacking a multiprocessor (MPSoC) layer and a FPGA layer to form a 3D Reconfigurable System-on- Chip (3DRSoC) is a promising solution giving a high flexibility level in adapting the architecture to the targeted application. For an application defined as a graph of parallel tasks running on the 3DRSoC system, one of the main challenges comes from the high-level management of tasks. This management is done by the scheduling service of the Operating System and it must be able to determine, on the fly, what task should be run in software and/or hardware, when (temporal dimension) and where (spatial dimension, i.e. on what processor or what area of the FPGA) in order to achieve high performance of the system. In this thesis, we propose online spatio-temporal scheduling strategies for 3DRSoCs. The first strategy decides, during the task scheduling, the need for a SW task and a HW task to communicate in face-to-face so that the communication cost between tasks is minimized. The second strategy aims at minimizing the overall execution time of the application. It exploits the presence of processors in the MPSoC layer in order to anticipate, at run-time, the SW execution of a task when its HW version cannot be allocated to the FPGA. Then, a graphical simulation tool has been developed to verify the proper functioning of the developed strategies and also enable us to produce results.


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