Particionamento e mapeamento de MPSOCS homogêneos baseados em NOCS

Abstract

The increasing complexity of the applications demands more processing capacity, which boosts the development of a computational system composed of modules, such as processors, memories and specific hardware cores, called Multi-Processor System-on- Chip (MPSoC). If the modules of this system are connected through a Network-on-Chip (NoC) communication infrastructure and all processors are of the same type, they are known by homogeneous NoC based MPSoC. One of the main problems relating to MPSoCs design is the definition of which processors of the system will be responsible for each application task execution, objecting to meet the design requirements, such as the energy consumption minimization and the application execution time reduction. This work aims to carry out quickly and efficiently partitioning and mapping activities for the design of homogeneous MPSoCs. More specifically, the partitioning application's task into groups, and mapping of tasks or task groups into a target architecture type homogeneous NoC-based MPSoC. These activities are guided by requirements of energy consumption minimization and load balancing, and delimited by constraints of maximum energy consumption, maximum processing load and maxima areas of data and code of each processor. The work shows the complexity of partitioning and mapping activities separately and jointly. It also shows that the mapping is more efficient on energy consumption minimization, when compared to partitioning, yet the effect of partitioning cannot be neglected. Moreover, the joint effect of both activities saves in average 37% of energy. The mapping when performed at runtime may be inefficient, due to the short time and the large number of solutions to be explored. Having an approach that applies a static partition before the dynamic mapping, it is possible to achieve more efficient mappings. It happens due to the fact that static task partition onto groups minimizes the search space of the mapping. Experiments with several synthetic applications and four embedded applications show that the energy consumption is reduced 23. 5%, in average. This paper presents the PALOMA framework that performs the partitioning of tasks onto groups and the CAFES framework to map these ones into tiles of the target architecture, where each position contains a processor. These activities enable planning systems with less energy consumption, faster and in an acceptable design time.

O aumento da complexidade das aplicações demanda maior capacidade de processamento, impulsionando o desenvolvimento de um sistema computacional compostos por módulos como processadores, memórias e núcleos de hardware específicos, chamado de Multi-Processor System-on-Chip (MPSoC). Se os módulos deste sistema forem conectados por uma infraestrutura de comunicação do tipo Network-on- Chip (NoC) e todos os processadores forem de um único tipo, este é chamado de MPSoC homogêneo baseado em NoC. Um dos principais problemas relativo ao projeto de MPSoCs é a definição de qual dos processadores do sistema será responsável pela execução de cada tarefa de uma aplicação, visando atender os requisitos de projeto, tais como a redução do consumo de energia e a redução do tempo de execução da aplicação. Este trabalho tem como objetivo a realização de forma rápida e eficiente das atividades de particionamento e mapeamento para o projeto de MPSoCs homogêneos. Mais especificamente o particionamento de tarefas de uma aplicação em grupos, e o mapeamento de tarefas ou grupos de tarefas em processadores homogêneos de uma arquitetura alvo do tipo MPSoC baseado em NoC. Sendo estas atividades guiadas por requisitos de redução do consumo de energia e balanceamento de carga, e delimitadas por restrições de máximo consumo de energia, máxima carga de processamento e máximas áreas de dados e código associadas a cada processador. O trabalho mostra a complexidade das atividades de particionamento e mapeamento, separadas e conjuntamente. Mostra também que o mapeamento é mais eficiente na redução de consumo de energia, quando comparado com o particionamento, mas mesmo assim o efeito do particionamento não pode ser negligenciado. Além disto, o efeito conjunto de ambas as atividades reduz em média 37% o consumo de energia.O mapeamento, quando realizado em tempo de execução, pode ser pouco eficiente, devido ao tempo exíguo e ao grande número de soluções a serem exploradas. Utilizando uma abordagem que aplica um particionamento estático anterior ao mapeamento dinâmico, permite obter mapeamentos mais eficientes. Isto porque o particionamento estático de tarefas em grupos reduz o espaço de busca que o mapeamento necessita realizar. Experimentos com várias aplicações sintéticas e quatro aplicações embarcadas mostram que a redução média do consumo de energia é de 23,5%. Este trabalho apresenta o framework PALOMA que realiza o particionamento de tarefas em grupos e o framework CAFES para fazer o mapeamento destes em posições da arquitetura alvo, onde cada posição contém um processador. Estas atividades permitem planejar sistemas com menor consumo de energia, mais velozes e em tempo de projeto aceitável.