1/48 Soutenance de Thèse Vendredi 10 septembre 2004, IUP Lorient Exploration de l’espace de conception des architectures reconfigurables Lilian Bossuet Soutenance de Thèse de Doctorat, Université de Bretagne Sud Laboratoire d’Électronique des Systèmes Temps Réels Amphithéâtre de l’IUP de Lorient, Vendredi 10 septembre 2004
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Soutenance de Thèse Vendredi 10 septembre 2004, IUP Lorient 1/48 Exploration de lespace de conception des architectures reconfigurables Lilian Bossuet.
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Soutenance de Thèse Vendredi 10 septembre 2004, IUP Lorient
Exploration de l’espace de conception des architectures reconfigurables
Lilian Bossuet
Soutenance de Thèse de Doctorat, Université de Bretagne Sud
Laboratoire d’Électronique des Systèmes Temps Réels
Amphithéâtre de l’IUP de Lorient, Vendredi 10 septembre 2004
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Plan
Besoin de flexibilité ? Solution matérielle reconfigurable !
Contribution et positionnement des travaux
Spécifications des applications et des architectures
Méthode de projection architecturale
Méthode d’exploration architecturale
Applications
Conclusion, perspectives et bilan
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Besoin de flexibilité ?
Radio Logicielle différentes normes différents opérateurs interopérabilité évolution des services adaptation à l’environnement
Protection des réseaux évolution des attaques évolution des protections mise à jour
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Les communications au cœur de la spécification
D’après des études sur la consommation de puissance des ressources d’architectures à grain fin (LESTER, Univ Princeton, ...) Répartition de la consommation de puissance :
Ce sont les ressources de routage qui consomment le plus de puissance !
LOGIQUE
E/S
ROUTAGE
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1SpécificationsApplications
et Architectures
2Projection
Architecturale
3Exploration
Architecturale
Plan
Besoin de flexibilité ? Solution matérielle reconfigurable !
Contribution et positionnement des travaux
Spécifications des applications et des architectures
Méthode de projection architecturale
Méthode d’exploration architecturale
Applications
Conclusion, perspectives et bilan
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Projection architecturale Faire une projection de l’ACG de l’application sur le modèle de
l’architecture spécifiée
Stratégie : émuler les outils de CAO en rapprochant hiérarchiquement les opérateurs
et mémoires qui communiquent le plus Estimations :
répartition des communications dans l’architecture regroupement hiérarchique des opérateurs et des mémoires taux d’utilisation des ressources de l’architecture
-
+×
20
14
8
(4)
(4) (3)
C[0••7] Y[0••7]53 3
8 8
X[0••7]
PROJECTION H2 H2
H2
H2
H2
H1
H2 H2
H2
H2
H2
H1
H2 H2
H2
H2
H2
H1H0
MémoireLocale
MémoireLocale
Unité de traitement
Unité de traitement
Unité de traitement
H2
Mul Mul
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Projection architecturalefavoriser la localité hiérarchique
nœudsmémoires
(m) (n)x
(1) (n)y
(1) (1)z
Nœuds les pluscommunicants
+/-
+/-
H2
+/-
H2
RAM
Taille A
H2
RAM
Taille A
Taille B
Compatibilité des nœuds,réalisation hiérarchique
a)
b)
c)
(m-1) (n-1)?
- +?
- +
??
(n-1)A +?
+?
A Bz
Regroupement des nœuds,création du nœud composite
nœudscomposites
nœudstraitements
- +
A +
A B
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Projection architecturaleproposer un intervalle d’estimations
Niveau d’abstraction élevé application : HCDFG architecture : modélisation fonctionnelle
Utilisation de trois algorithmes rapides algorithme minimum algorithme intermédiaire algorithme maximum
architecture A
architecture C
architecture B
Coût de communication
Résultat de l’outil de synthèse
Résultat de l'estimation
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Projection architecturale : les trois algorithmes
ACG initial
(1)
+
–×
14
20
8
(2) (2)
+
–×
9.33 5.33
(1)
(1) (1)
× –20
7.33
MINIM
UM
L’algorithme minimum considère que toutes les communications entre x et - se font dans le nœud composite
+
–×
9.33 5.33
(1)
(1) (1)
× –10
7.33
10INTERMEDIAIRE
L’algorithme intermédiaire privilégie les communications entre x et - au niveau du nœud composite
+
–×
7 4
(1)
(1) (1)
× –5
11
5
5 5
MAXIMUM
L’algorithme maximum répartie uniformément les communications sans prendre en compte la spécificité du nœud composite
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Algorithme Minimum Exemple
+
–×
9.33 5.33
(1)
(1) (1)
× –20
7.33étape 2
H1
+/-
×
+/- +/-
×H2H2
-
–
5.33
(1)
× –20
× +9.33
7.33étape 3
H1
+/-
×
+ +/-
×H2H2
-
(1)
+
–×
14
20
8
(2) (2)étape 1début
Modifications de l’ACG Modifications de l’architecture
H1
+/-
×
+/- +/-
×H2H2
+/-
élément fonctionnel non utilisé
élément fonctionnel utilisé
× –20
× + –14.66
7.33étape 4fin
H1
+/-
×
+ -
×H2H2
-
Nc H2 : 34,66 Nc H1 : 7,33
A chaque étape un nouveau nœud composite est créé
Les éléments fonctionnels sont successivement alloués
Le processus se termine lorsqu’il ne reste que des nœuds composites
A la fin du processus il est possible de calculer le nombre de communications dans les éléments hiérarchiques H1 et H2
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(1)
+
–×
14
20
8
(2) (2)
+
–×
7 4
(1)
(1) (1)
× –5
11
– (1)
×+ –16
×+ –16
× –5
21
étape 1début
étape 2
étape 3
étape 4fin
Modifications de l’ACG Modifications de l’architecture
H1
+/-
×
+/- +/-
×H2H2
+/-
H1
+/-
×
+/- +/-
×H2H2
-
H1
+
×
+/- +/-
×H2H2
-
H1
+
×
- +/-
×H2H2
-
Nc H2 : 21 Nc H1 : 21
5
5 5
×(1)
5
912
Algorithme MaximumAlgorithme Intermédiaire
+
–×
9.33 5.33
(1)
(1) (1)
× –10
7.33étape 2
H1
+/-
×
+/- +/-
×H2H2
-
× –10
étape 3
H1
+/-
×
+ +/-
×H2H2
-
(1)
+
–×
14
20
8
(2) (2)étape 1début
Modifications de l’ACG Modifications de l’architecture
H1
+/-
×
+/- +/-
×H2H2
+/-
× –10
× – +24.66
7.33étape 4fin
H1
+/-
×
+ -
×H2H2
-
Nc H2 : 34,66 Nc H1 : 7,33
10
×(1) × –10
14.66
7.33
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De la projection à l’exploration architecturale
PROJECTIONARCHITECTURALE
Architecture modélisée
H2 H2
H2
H2
H2
H1
H2 H2
H2
H2
H2
H1
H2 H2
H2
H2
H2
H1H0
MémoireLocale
MémoireLocale
Unité de traitement
Unité de traitement
Unité de traitement
H2
Mul Mul
68,80%
100% 100%93,80%
ADD/SUB MUL/DIV COMP LOGIC
niveau 169%
niveau 210%
niveau 321%
Estimation dutaux d’occupation
Estimations de la distribution hiérarchique des communications
niveau 1
58%
niveau 3
25%
niveau 2
17%niveau 2
41%
niveau 3
35%
niveau 1
24%
minimum intermédiaire maximum
-
+×
20
14
8
(4)
(4) (3)
C[0••7] Y[0••7]53 3
8 8
ACG
X[0••7]
EXPLORATIONARCHITECTURALE
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Plan
Besoin de flexibilité ? Solution matérielle reconfigurable !
Contribution et positionnement des travaux
Spécifications des applications et des architectures
Méthode de projection architecturale
Méthode d’exploration architecturale
Applications
Conclusion, perspectives et bilan
1SpécificationsApplications
et Architectures
2Projection
Architecturale
3Exploration
Architecturale
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Flot d’exploration architecturale
Choix des fonctions critiques
Projection architecturaleExploration architecture
Choix d’une architecture commune
Estimation pour l’application communications & taux d’utilisation
F6F5
F4F3
F2
F1
Spécification HCDFG desfonctions de l’application
ESTIMATION SYSTEME
Fonctions critiquesde l’application
ArchitectureModélisée
n°1
Spécification desarchitectures
Architecture choisie
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Localité des communications
F2 est plus critique que F1 pour la localité des communications si et seulement si :
On peut faire la même chose avec le nombre de ressources mémoires
Nombre de ressources de traitement
Nombre de communications
F1
F2
Aire critique
il y a en moyenne de nombreusescommunications pour peu de ressources
Ncomm1 Ncomm2
Nress1
Nress2
Ncomm2
Nress2
Ncomm1
Nress1
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Méthodologie d’exploration architecturale
Nombre d’éléments fonctionnels
Taille des clusters
Taille des mémoires
Point de départ
Point d’arrivée
Taille des clusters
Taille mémoire Choix des clusters
Taux d’utilisation
Choix compromis
Étude de l’ACG
Sur la ou les fonctions critiques de l’application
Sur l’ensemble des fonctions de l’application
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Plan
Besoin de flexibilité ? Solution matérielle reconfigurable !
Contribution et positionnement des travaux
Spécifications des applications et des architectures
Méthodes de projection architecturale
Méthodes d’exploration architecturale
Applications
Conclusion, perspectives et bilan
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ICAM : Intelligent CAMera - LIST CEA
Détection de mouvement par différence d’intensité et mise à jour de l’image de fond
Applications gestion du flux automobile mouvement de foule (métro)
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ICAM : fonctions critiques
nombre de communications
nom
bre
de r
ess
ou
rces
nombre de communicationsn
om
bre
de c
ycl
es
envelop
testGravité
reconstDilat
etiquet
errorBin
gethistogram
add
sub
div
absolute
thresholdAdapt
convolveTabHisto
histoThershold
setvalue
Plan de criticité selon la Localité spatiale des communications
Plan de criticité selon la congestion temporelle des ressources communications
Ressources de traitementFonction
Nombre decommunications
Nombre decycles add/sub mul/div comp logique
Ressources
mémoires
envelop 15 643 324 1 360 648 66 18 84 327*20 +
3*35536
testGravité 7 523 319 264 758 60 1 176 59 15*20
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ICAM : étude de l’ACG
Répartition des communications dans la fonction testGravité
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ICAM : Conclusion
Définition d’une architecture un cluster gros grain un cluster grain fin un cluster mémoire (image) cluster de niveau 2 de grande taille
Autres applications de traitement d’images compression Matching Pursuit (décodage) compression norme MPEG-2 (codeur)
Définition d’un type d’architecture adapté au domaine du traitement d’images
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AES : Advanced Encryption Standard
Algorithme de chiffrement par blocs à clé secrète 10 rounds sans générateur de clefs
Architecture résultat de l’exploration :
Hn2
niveau 3
Hniveau3={4 Hniveau2 }
Hn2
Hn2 Hn2
Hniveau3
cluster1RAM
×/÷+/-
CP L L
niveau 1
Gros grain
Grain fin
Mémoire
C1
niveau 2
Hniveau2={4C1}
Hniveau2
C1 C1
C1 C1
Hn2
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AES : Résultats
niveau 1
69%
niveau 2
10%
niveau 3
21%
Taux d’utilisationdes ressources de l’architecture
68,80%
100% 100%93,80%
ADD/SUB MUL/DIV COMP LOGIC
Répartition des communications
niveau 1
50%
niveau 2
14%
niveau 3
36% Architecture traitement image diminution de 19% au niveau 1 augmentation de 15% au niveau 3
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Applications : conclusion
Possibilité de définir des architectures par domaine d’applications
Proposer des architectures avec des "zones" adaptées à des parties d’une application
Intervalles de résultat
0%
20%
40%
60%
80%
100%
MAX 19% 62% 30% 60%
MIN 66% 98% 58% 90%
INTER 37% 63% 37% 69%
ICAM MPEG Matching AES
% des communications au plus bas niveau de hiérarchie (niveau 1)
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Contribution et positionnement des travaux
Spécifications des applications et des architectures
Méthode de projection architecturale
Méthode d’exploration architecturale
Applications
Conclusion, perspectives et bilan
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Conclusion
Principales contributions Mise en évidence de l’impact des communications sur les
performances des architectures reconfigurables Développement d’un outil d’estimation de l’adéquation
architecture/application Définition d’une méthodologie d’exploration architecturale
Réduction significative du fossé entre la description algorithmique des applications et la définition des architectures reconfigurables par une approche originale intervenant dès les phases de spécification algorithmique visant un large espace de conception architecturale convergeant rapidement vers une solution efficace
Identification de motifs architecturaux adaptés à des domaines d’applications
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Perspectives
Intégration de l’approche au sein d’un flot de conception complet renforcement du lien avec l’outil MADEO spécialisation de la modélisation pour des architectures spécifiques
(Systolic Ring, aSoC) prise en compte de la reconfiguration dynamique
Développement d’un Générateur Automatique d’Architecture Reconfigurable (après GAUT, GAAR ?) basé sur une approche logique floue
Proposition d’architectures reconfigurables à multi-granularités adaptées à des domaines émergents à spécifications mouvantes architectures reconfigurables sécurisées architectures reconfigurables pour la radio logicielle
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Bilan des travaux de thèse Publications
6 conférences internationales dont 5 IEEE 3 conférences nationales 1 article pour la revue IEEE Transaction on Computer Aided Design en
révision 1 article à paraître dans la revue International Journal of Embedded
Systems,Inderscience Publishers
Collaborations Internationale : Université du Massachusetts - VSPG Nationale : Université de Bretagne Occidentale - A&S En projet : Université de Montpellier - LIRMM
Enseignements Cours : Architecture, Conception et Utilisation des FPGA (ENS Cachan et
DEA électronique UBS) TP/ TD initiation aux FPGA Xilinx (licence GEII IUP Lorient)
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