Warum rekonfigurierbar rechnen?

zu unserem Forschungsgebiet: rekonfigurierbare mikroelektronische Systeme und deren Anwendung, insbesondere in der Kommunikationstechnik.

Der Mikroprozessor ist ein Methusalem. Nach vielen Technologie-Generationen ist er laengst nicht mehr universell. Seine eigene Leistung reicht oft nicht einmal mehr zum Betrieb seines eigenen Bildschirms. Selbst in einem PC nimmt anwendungsspezifisches Silizium den groessten Teil der Siliziumflaeche ein: der Mikroprozessor wird zum
Schwanz, der mit dem Hund wedelt. Unter hohen Entwurfskosten muessen immer wieder neue, spezifische integrierte Akzelerator-Schaltungen entwickelt und fabriziert werden.

Strukturell programmierbare Schaltungen bieten einen Ausweg, indem neue Designs durch eine nur Millisekunden dauernde Rekonfiguration ersetzt werden. Kommerziell verfuegbare FPGAs [3] sind aber meist ungeeignet. Nach einer MIT-Studie nutzen FPGAs nur etwa ein Prozent ihrer Flaeche fuer die eigentliche Anwendung, waehrend die restlichen 99% nur Artefakte zur Rekonfigurierbarkeit sind (ca. 10% Konfigurationskode-Speicher, ca. 90% zur Programmierbarkeit des Interkonnekt).

Das Xputer-Labor befasst sich mit der Entwicklung und Anwendung einer neuen Generation [1] dynamisch rekonfigurierbarer Computing-Systeme - um Groessenordnungen leistungsfaehiger als FPGAs. Der in Kaiserslautern entwickelte KressArray bietet eine etwa tausendfach [2] hoehere Flaechenausnutzung und erlaubt massive Parallelitaet fuer den Einsatz als programmierbarer Akzelerator-Ko-Prozessor.

Configware-Co-Compiler. Das Xputer-Labor entwickelt neben Anwendungen auch Compiler neuer Art, die C-Programme in Rekonfigurationskode (Configware) uebersetzen. Basierend auf Hardware/Software Co-Design-Methoden erzeugt unser Co-Compiler Co-De-X [2] gleichzeitig Maschinenkode fuer beides: Mikroprozessor und Akzelerator. Vom Methusalem "Computer" abweichend, steht "Xputer" fuer die neuen Kaiserslauterer Maschinenprinzipien fuer Akzelerator-Ko-Prozessoren.

Anwendungsgebiete solcher dynamisch rekonfigurierbaren Hochleistungs-Akzeleratoren liegen z. B. in drahtlosen Kommunikations-Netzwerken. Das Endgeraet wird anpassbar durch Software- und Configware-Downloads ueber das Netzwerk draussen beim Kunden: etwa fuer Bug-Fixes, Updates fuer Aenderungen (z. B. Protokolle und anderes), Upgrading fuer neue Dienste (z.B. zur laufenden Innovation der Netzwerkdienste), Anpassung an Umgebungen, z. B. durch Wahl zw. SECAM, PAL oder NTSC, oder zwischen regionalen Mobiltelefon-Standards (Multi-Standard-Endgeraete!).

Configware-Downloads sind noetig, denn z. B. fuer wavelet-basierte drahtlose Systeme benoetigen Handies Rechenleistungen von Hunderten von MIPS, was ohne Hochleistungs-Akzelerator nicht realisierbar ist.
Wir suchen die Zusammenarbeit mit Anwendern. E-mail: hartenst@rhrk.uni-kl.de
 
Literaturhinweise:
[1] W. H. Mangione-Smith, et al.: Seeking Solutions in Configurable Computing; IEEE Computer 30,12 (December 1997),
[2] J. Becker et al.: Parallelization in Co-Compilation for Configurable Accelerators; Proc . ASP_DAC '98 (Asian and South Pacific Design Automation Conference, 1998), Yokohama, Japan
 

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