ISBN 978-3-8439-1252-5

978-3-8439-1252-5, Reihe Informatik

Timo Schönwald
Applikationsspezifische Optimierung der Kommunikation in Mehrkern-Architekturen für eingebettete Systeme

238 Seiten, Dissertation Eberhard-Karls-Universität Tübingen (2013), Hardcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Der stetige Fortschritt in der Halbleitertechnik ermöglicht es, immer mehr Komponenten, wie z.B. Prozessorkerne oder auch Speicher-Module auf einem Chip zu integrieren. Bereits 2006 wurde der Intel Core2Duo Prozessor mit zwei Prozessorkernen auf einem Chip vorgestellt. Ein Prozessor mit bis zu 16 Prozessorkernen wurde 2011 von AMD unter dem Namen Interlagos vorgestellt. Diese Entwicklung lässt sich ebenfalls auf eingebettete Systeme übertragen. Im Bereich der Mobilkommunikation wurden vor einigen Jahren in Mobiltelefonen noch Prozessoren mit einem Prozessorkern eingesetzt. Anfang 2013 wurde das Samsung Galaxy S4, in welchem ein Prozessor mit acht Prozessorkernen verwendet wird, vorgestellt. Durch die steigende Anzahl an Prozessorkernen auf einem Chip, werden die Kommunikationsarchitekturen, über die einzelne Prozessorkerne miteinander kommunizieren, zunehmend zu einem Problem. Bus-basierte Kommunikationsarchitekturen, wie sie bisher eingesetzt werden, stellen bei steigender Anzahl an Komponenten einen Flaschenhals dar. Daher werden geeignete Kommunikationsarchitekturen für eingebettete Mehrkern-Architekturen, die mit der Anzahl der Prozessorkerne skalieren, nötig. Eine Lösung für dieses Problem stellen Network-on-Chips (NoC) dar, welche paketvermittelte Kommunikationsarchitekturen für die Kommunikation zwischen den Verarbeitungseinheiten auf einem Chip verwenden. Hierzu werden bei NoCs Verfahren, wie sie in Computernetzwerken eingesetzt werden, auf die On-Chip-Kommunikation übertragen. Bei NoCs können Zugriffskonflikte entstehen, wenn Datenpakete unterschiedlicher Kommunikationen zur gleichen Zeit über die gleichen Kommunikationsverbindungen übertragen werden sollen. Diese Zugriffskonflikte haben großen Einfluss auf die Kommunikationslatenz und somit die Performanz der Mehrkern-Architektur. Die Wahl der Kommunikationsverbindungen, welche für die Übertragung der Daten verwendet werden, wird durch das in der paketvermittelten Kommunikationsarchitektur eingesetzte Routingverfahren beeinflusst. In diesem Buch wird ein Verfahren zur Unterstützung des Entwurfs von applikationsspezifischen Mehrkern-Architekturen vorgestellt. Das Verfahren bestimmt eine optimierte Abbildung der Prozesse einer Applikation auf die Verarbeitungseinheiten einer Mehrkern-Architektur, unter Berücksichtigung der paketvermittelten Kommunikationsarchitektur, dem verwendeten Routingverfahren sowie der Speicherarchitektur, um Zugriffskonflikte zu reduzieren bzw. zu vermeiden.