Forschungsüberblick

Hardware / Software System-Engineering bildet den gemeinsamen Nenner der Forschungsbeiträge und Projekte am Lehrstuhl für Integrierte Systeme. Unsere Form von Hardware / Software System-Engineering umfasst die Entwicklung neuer Architekturen für anwendungsspezifische Multicore-Prozessoren (MPSoC) und verteilte Mehrrechner Systeme, Techniken und Methoden zur Komplexitätsbeherrschung und Optimierung unterschiedlicher funktionaler und nicht funktionaler Leistungskenngrössen für derartige Systeme, und – last but not least – Werkzeuge zur Bewertung dieser Leistungskenngrössen während frühen Phasen des Entwurfs (HW/SW Codesign) zum Zweck einer sukzessiven Verbesserung des Architekturentwurfs.

Architekturen

Eine Architektur beschreibt die strukturale Komposition eines Systems aus seinen Komponenten. MPSoC Komponenten umfassen RISC CPU-Kerne, Speicher- und I/O-Controller, DMA Einheiten, Hardware-Beschleuniger und Coprozessoren sowie standardisierte Schnittstellen zur Verbindung der Komponenten. Abhängig von den Anforderungen aus der Anwendung werden Komponenten in unterschiedlicher Zahl und Zusammensetzung zu MPSoC Architekturen verbunden.

Hardware Bausteine in Multicore Prozessoren für:

Internet packet processing

  • MUCOS (finished)
    Scalable Routing Platform for Demonstrating Model-Based Software Development Flow
  • FlexPath (finished)
    Network processor architectures with flexible data paths
  • NPU100 (finished)
    Design of a Network Processor Datapath for 100Gbit/s Carrier Grade Ethernet

 

Visual Computing

  • AutoVision (finished)
    A Run-time Reconfigurable MPSoC Architecture for Future Driver Assistance Systems

 

Self-adaptive workload, reliability and power optimization

  • ASoC (finished)
    Autonomic Systems on Chip
  • InvasIC B3
    Invasive Loosely-Coupled MPSoCs
  • EndorA
    Energy Efficient Design of a Future Oriented E/E-Architecture
  • RELY
    Design for RELIABILITY of SoCs for Applications

 

Thread Management & Message Passing

  • MAPCO
    Multicore Architecture and Programming Model Co-Optimization

 

Software Defined Radio (SDR)

  • PROTON (finished)
    Software Defined Radio platform for automotive telematics applications

 

I/O Virtualization

  • VirTherm 3D
    Communication Virtualization Enabling Systen Management for Dependable 3D MPSoCs
  • ARAMiS
    Automotive, Railway and Avionic Multicore System

 

CPU Data-/Controlpath Protection against transient Runtime and Single Event Upsets

  • AIS (finished)
    Autonome Integrierte Systeme

 

FPGA Demonstrator Platforms for Multicore

 

 

Network-on-Chip (NoC):

Multi-topology hierarchical NoC

  • InvasIC B5
    Invasive NoCs - Autonomous, Self-Optimising Communication Infrastructures for MPSoCs
  • RapidMPSoC (finished)
    Rapid system prototyping and plattform-based design for mixed-signal multi-processor SoC: Future on-chip communication structures

 

3D NoC

  • NEEDS
    Interconnection Networks for 3D-ICs

 

 

Methoden

Methoden beschreiben die konzeptionellen Ansätze zum Erreichen eines gesetzten Optimierungsziels. Zum Beispiel kann die Zuverlässigkeit eines technischen Systems durch Verdreifachung einzelnen Komponenten mit anschliessender Mehrheitsentscheidung aufgrund der Ergebnisse erreicht werden (Triple Modular Redundancy). Alternativ kann man auch maschinelle Lernverfahren zur Erkennung von Abweichungen vom Normverhalten als Teil eines insgesamt selbst-organisierenden Systems verwenden. Wir haben hier zwei unterschiedliche systematische Vorgehensweisen, Methoden, zur Erreichung des gleichen Ziels. Methoden sind grundsätzlich nicht isoliert oder unabhängig von Architekturen oder Werkzeugen zu sehen. Häufig sind Methoden mit den Architekturen oder mit den Werkzeugen, die sie umsetzen, verknüpft.

Invasive Computing

  • InvasIC B3
    Invasive Loosely-Coupled MPSoCs
  • InvasIC B5
    Invasive NoCs - Autonomous, Self-Optimising Communication Infrastructures for MPSoCs
  • InvasIC C2
    Simulation of Invasive Applications and Invasive Architectures
  • InvasIC D1
    Invasive Software-Hardware Architectures for Robotics

 

Reconfigurable Computing

  • PROTON (finished)
    Software Defined Radio platform for automotive telematics applications
  • ARAMiS
    Automotive, Railway and Avionic Multicore System
  • AutoVision (finished)
    A Run-time Reconfigurable MPSoC Architecture for Future Driver Assistance Systems
  • FlexPath (finished)
    Network processor architectures with flexible data paths

 

Bio-inspired Techniques for Self-Organization

  • ASoC (finished)
    Autonomic Systems on Chip

 

Fault Tolerance

  • AIS (finished)
    Autonome Integrierte Systeme

 

Hardware-based Machine Learning

  • ASoC (finished)
    Autonomic Systems on Chip

 

Energy/Power Management

  • EndorA
    Energy Efficient Design of a Future Oriented E/E-Architecture

 

FPGA Prototyping

 

 

Werkzeuge

Simulations-Werkzeuge auf hohen Abstraktionsebenen des Hardware / Software Systementwurfs ermöglichen ein frühes Feedback auf gemachte Entwurfsentscheidungen. Quantitative Bewertungen werden nicht nur für die Zielvorgaben der Leistungsparameter eines Systems (Datendurchsatz, Transaktionsverzögerung, Betriebsfrequenz), sondern auch für Energieverbrauch und Zuverlässigkeitsmasse ermittelt. Die schnelle Bewertung unterschiedlicher Architekturalternativen ermöglicht MPSoC Entwicklern die Exploration eines wesentlich grösseren Entwurfsraums, als dies durch aufwändigere Realisierungen auf tieferen Abstraktionsebenen der Fall ist.

Simulation-based Design Space Exploration of MPSoC

  • McSIM
    Trace-driven simulator for multiprocessor systems-on-chip
  • EndorA
    Energy Efficient Design of a Future Oriented E/E-Architecture
  • TAPES (finished)
    Trace-based Architecture Performance Evaluation with SystemC

 

Software Performance Estimation

  • SciSim (finished)
    SciSim

 

Vulnerability Analyse für Soft-Errors