exploration de l’architecture hétérogène basé- cluser pour sopc auto-adaptif

Hierarchical reconfigurable hybrid architecture

Thsard : Xun zhangThse en deuxime anneDirecteur de thse :Serge WEBERCo-directeur de thse : Hassan RABAH

Exploration de lArchitecture htrogne bas-cluser pour SoPC auto-adaptif

Universit NancyLaboratoire dInstrumentation dElectronique de Nancy (LIEN)11Bonjour meisseursComme la titre: architecture htrogne bas-cluster pour sopc auto-adaptifsommaireIntroductionBesoin de flexibilitPlatform et flexibilitSolution matrielle reconfigurableContribution et positionnement des travaux Architecture htrogne bas-cluster Multiple cluster Contrleur reconfigurationApplicationConclusion et Perspective

22Au dbut de ma prsentation, je voudrais vous prsenter la motivation de travail pour vous expliquer pour quoi on va choisir une architecture reconfigurable, et pour quoi SoPC En suit le but de travail sera prsent davant lide propos. A cause de la programme de presentation , je vais vous donner une rponse de la question dans la Troisime partie : pour quoi choisir une architecture htrongne est bas-cluster.

Daprs je vais dtailler larchitecture que je propose avec les fonctions et structure de chaque partie.

Un flow de conception seras prsent davant ltude de cas

Dans la partie experiment:

En fin cest la perspective de mon travail jusqu mainteant pour mon prsentation

IntroductionLes diffrent applications ont besoin diffrent architecture pour le meilleurs performance. diffrent fonctionBesoin de flexibilit ?Diffrent comportements de lapplication ont besoin diffrent architecture ltat de batterie command de client qualit de rseau

Groups dapplicationDiffrent architectureDiffrent Traffic PatternsTous sont on mme puce!!3En ce moment, Nous avons vu les besoins de flexibilit sont plus en plus important dans le system empraqu cause les diffrent .., et les diffrent.. Tous les besoins vont installer dans un puce la taille de puce et le contrainte de communication seront les problmes principaux. 3---Plateforme et flexibilitGPPs can execute any software, but performance can be slow

ASICs can execute only one application, but quickly

Reconfigurable computing seeks to bridge this gap

Reconfiguration allows same hardware to execute multiple applications

Executing application in hardware leads to higher performance than in softwareMicroprocessorsReconfigurableComputingASICsHighest flexibilityPerformance?High flexibilityHigh performanceHighest performanceLowest flexibilityReconfigurableComputingHterogeous reconfigurationIntroductionSolution matrielle ddieASIC 1ASIC 2ASIC 3entre 1entre 2entre 1entre 2entre 1entre 2Solution logicielleALUBanc de registresPsortieREGREGREGREGmmoiresinstructionsdonnesentre 1entre 2Solution flexibleSolution performante4Des solutions pour rencontrer ces problme sont spars en deux sens. Solution logicielle et solution matrielle

Lavantage de solutions logicielle est : flexibilit mais moins de performance que solution matrielle

4--Solution matrielle reconfigurablearchitecture physiquereconfigurablelments configurables de calculs et mmoiresrseaux configurables de connexionsarchitecture logique 1configuration 1application 1configurationarchitecture logique 2configuration 2application 2reconfigurationIntroduction5IntroductionBesoin de flexibilitPlatform et flexibilitSolution matrielle reconfigurableContribution et positionnement des travaux contribution en 3C Position de notre travail Architecture htrogne bas-cluster Multiple cluster Contrleur reconfigurationApplicationConclusion et Perspective






Les problme de design Cible architecture (la granualit de configuration)Cot darchitecture(surface occup sur puce)Cot de reconfiguration

Gros grain

ALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALU

ALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALUALU

C1E1C2E2Reconfiguration sous programme(ordonnancement en pipeline)C3C1E1C2Reconfiguration ordonnancement en squence E2Cycleopration-positionnement de larchitecture en 3CCible architecture Cot darchitecture Cot de reconfiguration7On va tout bord voir la position de notre travail en correspondant un 3c : 3c cddire cible architecture , cot darchitecture capabilit 7Critre de larchitecture Rduction du temps de reconfigurable par la mthode de programme, rutilisation de matriel on puce; Augmente la flexibilit du systme par les multiple mode reconfigurable;Une topologie de module changeable fait le system adapter facilement lapplication correspondant;Optimisation de nombre de module pour rduire la pression de communication;89Target architecture Cible architecture Cot de reconfiguraitonCot darchitecture IP matriel

Mix

GPP

System on demande2004 Grain fin(famille)Reconfiguration on demandeYES

NONNONFiPRe2004Gros grain(rseau up)pipelineNONNONYESTornado2007

Mixe grain(bas-IP)Mix (inter- et intra-tche)(non interchangeable)YESYESYESdyCORE2006Gros grain et grain fin(famille)Reconfiguration on demande (module interchangeable)YESNONYES1.M. Ullmann, M. Hnbner, B. Grimm, J. Becker, On-demand FPGA run-time system for dynamical reconfiguration withadaptive priorities, Lecture Notes in Computer Science 3203 (2004) 454463.2.L. Mller, N. Calazans, F. Moraes, E. Briao, E. Carvalho, D. Camozzato, FiPRe: an implementation model to enableself-reconfigurable applications, Lecture Notes in Computer Science 3203 (2004) 10421046.3.Armando Astarloa , et al. Tornado: A self-reconfiguration control system for core-based multiprocessor CSoPCs, Journal of Systems Architecture 53 (2007) 6296434. Carsten Albrecht,et al. DynaCORE A Dynamically Reconfigurable Coprocessor Architecture for Network Processors,14th Euromicro International Conference on Parallel, Distributed, and Network-Based Processing (PDP06)Contribution et positionnement des travaux --------le but de travail est de balancer le performance de reconfigurable et la flexibilit du SoPC auto-adatif systme. La ralisation de ce but est de mettre en uvre une architecture htrogne reconfigurable afin de rpondre au besoins dadaptabilit et de scalabilit dans ces applications complexes(Multimdia, tlcom, systme nomades )

----Les travaux sappuient sur les technologies FPGAs reconfigurables partiellement et dynamiquement.

10IntroductionBesoin de flexibilitPlatform et flexibilitSolution matrielle reconfigurableChoose darchitecture Contribution et positionnement des travaux exploision en 3C Position de notre travail Modlisation de lArchitecture htrogne bas-cluster Modlisation hirarchique Mthode exposition architecturaleLes lments du systmeEstimation de lapplicationOrganisation architecturaleFlow de exploration architecturaleApplicationConclusion et Perspective






SoPC auto-adaptif multiple module fonctionnelle et reconfigurable (en vue darchitecture) GPP DSP IP matriel IP reconfigurable SoPC architecture : Centric Architecture partition matriel et logiciel(en vue de fonction) Tche matrielTche logicielProgramme de configuration 12Lide actorGlobal task Local taskLib.ProCnodeGlobal Reconfigurable moduleLocal Reconfigurable ModuleHWApplication

Systme oprationNoC

Lib.Conf.Cluster(HW platform)ClusterClusterStructure bas-cluster (scalabilit et extension du systme) Architecture hirarchique( cluster -> RPM) (reconfiguration efficace)Topologie de cluster est flexibilit ( adaptation de lapplication ou comportement de lapplication)

1313Modlisation possible darchitectureUtilisation dune vue fonctionnelle de larchitecture les ressources sont dcrites par les fonctions quelles ralisent.

Bas-cluster: (ID_cluster)Module Reconfigurable Partial (RPM): (ID_RPM)Interface hirarque(Interface cluster-cluster, Interface RPM-RPM)

Les lments hirarchiques: sont utiliss pour modliser le routage et les ressources de traitements ID et nom de module ID de linterface ID et nom de fonctionNombre et type de RPM

14Les lments hirarchiques N1N2N3Cluster- N2 Global Reconfigurable moduleLocal Reconfigurable Module3 niveaux hirarchiquesN1={Cluster1,Cluster2,,Clustern}N2={RPM1,RPM2,RPM3}N3=GRM or GPP or LRM15Mthode de exposition architectural

expositionN1N2N3Stratgie:Prospecter la ncessit dadaptation de lapplication en rapprochant hirarchiquement les RPM avec les diffrentes critres de lapplication;

Les critres de projection architecturalComplexit de calcul Temps dexcutionConsommation dnergieConsommation de communication(accs mmoire)Solution moyennePlus de souplessePlus de performance 1616Organisation architectural de ressource

Lib. Reconfiguration(DBRC)ID_RPMID_module(global, local)ID_interface(global, local)Priority_ModuleLib. Reconfigurable module & interface (bitstreams ou programmation)(DBMS & DBMR)Resource Configuration

Graph of task17Flot dexploration architecturaleChoix des fonctions critiquesOrganisation architecturale Choix dune architectureEstimation de larchitecture communications & taux dutilisation F6F5F4F3F2F1Spcification DAG desfonctions de lapplicationESTIMATION de lapplicationFonctions critiquesde lapplicationArchitectureModlise(DBRC)n1Spcification desarchitecturesArchitecture choisie18Flot de reconfiguration partialIci , cest le flot dexploration architecturale, DAG de fonction dapplication et critique de lapplication Dans le premire parit : lestimation de lapplication: lapplication est rpresent en DAG avec ces attribution pour identifier les DAG fix et DAG reconfigurable lorganisation architecturale : en correspondant les fonction critiques de lapplication: le choix de RPM est dfini et les rgles de configuration. choix dune architecture : quand une fonction critique est activ: le choix dune architecture est lanc automatiquement: une liste de fichiers de configuration (bitstreams) va tre gnr; estmation pour lapplication : pour estimer le plus possible de contraint de reconfiguration nous surveiller le statuts de system pour optimiser la lister de bitstreams. 18Architecture htrogne bas-clustermulti-types Reconfigurable Pressing Module (RPM) hardware IP Core /GPP reconfigurable IP Core mixed core Interface programmable Cluster-Cluster (Interface Cluster)RPM-RPM (Interface RPM)

Reconfiguration controller Identifier Cluster Identifier RPMIdentify type of RPM organisation de chaque RPM faire allocation ordonnancement I/ODBMS &DBMR

RC19La raison choisir ces trois types RPM est ce qui est suiffisance de representer les diffrent tch, mais la dfinition nest pas fix.

19RPMCaractristique: Trois niveaux granularits aident de contacter plusieurs de performance et flexibilit;Interface reconfigurable permet de connecter avec diffrentes band passante de connexion;Local Memory permet de rduire la frquence de communication sur linterface global;

Accss vitess, flexibilit, nergie daccssDensit de cellule20Minimum version:Intermdiaire version:Maximum version:Rgle : 20Interface hirachique Inter-module and Intra-module communication models supportCluster-ClusterRPM-RPMContrleurreconfigurationInterface sectionClusterStandard busBus dock ISM ISM: Interface of Sub-ModuleMmoirInterface sectionClusterDescription de Interface section21Interface programmable(M2IRE)switchDMA/mmoire externe GRMLRMGPPMmoire &contrle registre Mmoire &contrle registre Mmoire &contrle registre ContextemanagerContrleurreconfigurationcontext1contex2context3Hardware bitstreamsRoutage dentr et sortieProgramme logicielleSection interfaceDescription de contrleur reconfigurationMultiple-Mode Interface for Reconfigurable Element22Contexte stockage tous les ncessaire donne de configuration, informations de interconnexion et code logiciel . M2IRE(Multiple Mode Interface for Reconfigurable Elment)22Contrleur reconfiguration External systemRCInfo._config.en_info.Ack_Reconf.Activating RPManswer of RPMEnvironment ClusterReconfiguration library bitrstreams library Quel RPM?Quelle model de RPM?Est-ce que tous les RPM?Quand?

Identifier RPMIdentifier le type de RPM Identifier la reconfiguration mode Lallocation ordonnancement (mapping schaduling ) non-prehentif (handshake) prehentif 23Flux de contrle:

tape un(Idle): surveiller la demande vers systme externe (fonction critique) ou commande de client;tape deux(Identify): identifier la liste de tche ncessaire pour la nouvelle fonction;tape trois(Allocate): identifier la liste de donne de configuration; tape quatre(Error): error rsilience tape cinq(Config): chargement de donne de configuration 24IntroductionBesoin de flexibilitPlatform et flexibilitSolution matrielle reconfigurableChoose darchitecture Contribution et positionnement des travaux exploision en 3C Position de notre travail Architecture htrogne bas-cluster Multiple cluster Contrleur reconfigurationFlow de conception ApplicationConclusion et Perspective






Transforme en ondelette discrte une technique utilise dans la compression de donnes numriques avec ou sans pertes.(JPEG200)

Le but de lexprimenteVrifier la configurabilit et analyser le contrainte de reconfigurationVrifier lauto-adaptation sous contrle et analyser

Ralisation de lauto-reconfigurationAnalyse de fonction critique Gnration de nergie mode

26Le monde rel --Multiple modes dnergieIde est de crer sous-systme pour prsenter les diffrents mode dnergie. Le sous-systme peut tre un bas-cluster module. La choix est dpendant la command de utilisateur ou lopration sensibilit , comme ltat de batterie, environnent de rseau, etc. 27Lnergie critique T: Performance (qualit & temps de excution)P: Performance (consommation dnergie)Mode dnergie : le plus puissance le moyenne le moins puissance 28RGB2YCbCrDWTQuantizeHuffmanEstimation de lapplicationt1t2t4t5t3Le Plus Le moyenLe moinsSystme en srieGPPSystme parelleMix LRM Systme pipelineHW GRM29Rsultat de lstimation de consommation dnergie (sous xpower)

expositionN1N2N3

3030IntroductionBesoin de flexibilitPlatform et flexibilitSolution matrielle reconfigurableChoose darchitecture Contribution et positionnement des travaux exploration en 3C Position de notre travail Architecture htrogne bas-cluster Multiple cluster Contrleur reconfigurationFlow de conception ApplicationDWTExperimental result Conclusion et Perspective






Prochaine tape .Vrifier le nombre de RPM dans chaque cluster par rapport notre suppose (trois RPM dans chaque cluster)Test notre propos avec plusieurs benchmark

32Perspective Exploration architecturale hirarchique Interface programmable-M2IRE

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34challengeIdentification de tcheJugement de topologie puce en temps relLa cration de communication

Some basic assumptions: Techniques for constrained code partitioning and hw/sw co-design; Cluster-based structure is enough efficient to represent the flexibility and performance of system.

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les problmeTopologie du systme est fix - La densit de systme argumente adapter les plus en plus dapplicationRduce le temps de reconfigurable par la mthode de programme, reutilisation de matriel on puce et Augmente la flexibilit du systme par les multiple mode reconfiugrable

36Organisation hirarchique

GlobalLocalLib. ReconfigurationID_RPMID_module(global, local)ID_interface(global, local)Priority_ModuleLib. Reconfigurable module & interface (bitstreams ou programmation)Configuration Resource Configuration Resource

Lib.Re.module.Lib.Re.inter.RCReconfiguration Lib.Global Interface Local Interface RPMLocal module Example of RPMGraph of task37RGB2YCbCrDWTQuantizeHuffmanEstimation de lapplicationLes tches fix dans graph de tche(DAG) tche fixLes tches reconfigurable dans DAG tche reconfigurableLes interconnexions

Tche reconfigurable Tche global (t3) Tche Local (sub-module de t3)t1t2t4t5t3Le Plus Le moyenLe moinsSystme en srieGPPSystme parelleMix LRM Systme pipelineHW GRM38System on demande 2004 Enzler 2000 Institut Technologique Fdral de Suisse E.T.H.

MPSoC Nageldinger 1997 Universit de Kaiserlautern Allemagne

Algorithme dordonnancement de reconfigurationRduction de la contraint de reconfiguration

C1C1C2App1App2clusterfamille

Topologie du systmeApp1App2App3E1configurationconfigurationPositionnement de notre architecture dpartarrivclusterclusterMultiple reconfiguration modeBas-cluster Tornado 2007Cible architecture Capabilit de reconfigurationcot de reconfigurationCible architecture cot de reconfigurationCapabilit de reconfigurationCapabilit de reconfigurationCible architecture cot de reconfigurationcot de reconfigurationCible architecture Capabilit de reconfiguration3939

exploration de l’architecture hétérogène basé- cluser pour sopc auto-adaptif

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