Deutsch

Multiprozessoren ermöglichen eine beschleunigte Verarbeitung von Aufgaben aufgrund von Parallelität auf Prozessorebene. Der Vorteil von rekonfigurierbaren Architekturen ist, dass diese zur Laufzeit flexibel an die Anwendung angepasst werden können. Zur Verknüpfung der Eigenschaften von Multiprozessoren mit den Vorteilen von rekonfigurierbaren Architekturen wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Multiprozessorsystem entwickelt. Die ressourceneffiziente Realisierung der Rekonfigurationsmöglichkeiten des Multiprozessors ermöglicht es, Änderungen in einem Prozessortakt durchzuführen. Basierend auf diesem Konzept wurde der Multiprozessor QuadroCore mit vier Kernen auf eine UMC 90nm Standardzellentechnologie sowie auf ein Xilinx FPGA abgebildet. Der QuadroCore Multiprozessor kann zur Laufzeit an verschiedene Anwendungsanforderungen angepasst werden, beispielsweise an unterschiedliche Granularitäten der Parallelität, wechselnde Kommunikationsanforderungen zwischen Tasks oder Änderungen in den Synchronisationshäufigkeiten. Um die Vorteile dieses Ansatzes zu belegen, wurden unterschiedliche Anwendungen auf den QuadroCore Multiprozessor portiert und analysiert. Die Ergebnisse zeigen eine Beschleunigung im Bereich von 3 bis 11 im Vergleich zu einem einzelnen Prozessor. Außerdem werden durch Rekonfiguration Energieeinsparungen von bis zu 30% erreicht. Weiterhin wurde ein Modell des Leistungsverbrauchs auf Instruktionssatzebene entwickelt, um die Abbildung von Applikationen auf den QuadroCore Multiprozessor bezüglich des Leistungsverbrauchs zu optimieren. Die Nutzung dieses Modells ermöglicht eine Auswahl der Instruktionen auf Basis ihrer Verlustleistung, so dass auf diese Weise Energieeinsparungen von bis zu 70% erreicht werden können.

English

The main advantage in multiprocessors is the performance speedup obtained with parallelism at processor-level. Similarly, the flexibility for application-specific adaptability is the advantage in reconfigurable architectures. To benefit from both these architectures, we present a reconfigurable multiprocessor template, which combines the benefits of parallelism in multiprocessors and flexibility in reconfigurable architectures. A fast, single cycle, resource-efficient, run-time reconfiguration scheme accelerates customisations in the reconfigurable multiprocessor template. Based on this methodology, a four-core multiprocessor called QuadroCore has been implemented on UMC's 90nm standard cells and on Xilinx's FPGA. QuadroCore is customisable and adapts to variations in the granularity of parallelism, the amount of communication between tasks, and the frequency of synchronisation. To validate the advantages of this approach, a diverse set of applications has been mapped onto the QuadroCore multiprocessor. Experimental results show speedups in the range of 3 to 11 in comparison to a single processor. In addition, energy savings of up to 30% were noted on account of reconfiguration. Furthermore, to steer application mapping based on power considerations, an instruction-level power model has been developed. Using this model, a power-driven instruction selection introduces energy savings of up to 70% in the QuadroCore multiprocessor.