МОДИФІКОВАНИЙ СПОСІБ ЗАБЕЗПЕЧЕНННЯ ЧАСОВИХ ВИМОГ ДОДАТКІВ В ДИНАМІЧНО РЕКОНФІГУРОВАНИХ ОБЧИСЛЮВАЛЬНИХ СИСТЕМАХ



КЛИМЕНКО І.А. Разработана модификация известного способа обеспечения временных требований приложений для использования в динамически реконфигурируемых вычислительных системах. В отличие от известного, предложенный способ позволяет оптимизировать уменьшение непродуктивного расхода времени реконфигурации по критериям обеспечения временных требований приложений и пространственных ограничений аппаратных ресурсов ПЛИС во время размещения динамического потока задач.

Ключевые слова: реконфигурируемые вычислительные системы, ускорение реконфигурации, ПЛИС.

The modification of the well-known method of ensuring of the time requirements of applications for dynamically reconfigurable computing systems is developed. In opposite the proposed method allows to optimize the reduction of unproductive delay of time reconfiguration with criteria of providing time requirements of applications and of providing space constraints of hardware FPGA resources the during the mapping of the dynamic task flow.

Keywords: reconfigurable computer systems, rapidconfiguration, FPGA.

Вступ

Час реконфігурації в динамічно реконфігурованих обчислювальних системах [1, 2] є критичним параметром, зважаючи на його високу непродуктивну складову. Відомі методи прискорення реконфігурації, що реалізують механізми повторного використання обчислювальних ресурсів ПЛІС [1, 2], базуються на максимальному видаленні непродуктивних витрат часу реконфігурації, породжуючи проблему надлишкового використання апаратних ресурсів ПЛІС, подолання якої потребує додаткових витрат продуктивності й часу. За умови виставлених додатком обмежень часу виконання стає задача оптимізації обсягу видалення непродуктивних витрат часу, що дозволить мінімізувати використання апаратних ресурсів ПЛІС і забезпечити часові вимоги. Рішення цієї задачі дозволить оптимізувати процес прискорення реконфігурації за критеріями забезпечення виставленого додатком часу обчислення і обмежень обчислювального простору реконфігурованої області. Ця задача не вирішується відомими методами та засобами прискорення реконфігурації [1], що обумовлює актуальність та доцільність виконаних досліджень.

Відомий спосіб забезпечення часових вимог додатків в реконфігурованій обчислювальній системі, що враховує обмеження апаратного ресурсу ПЛІС, описаний в роботі [3]. Відома система є кластероподібною, із багатоядерними процесорами в вузлах і розділеною між ними однорідною реконфігурованою структурою із однотипних дрібнозернистих і крупнозернистих модулів, поєднаних між собою загальною комунікаційною мережею. Розподіл задач полягає в визначенні ефективної апаратної структури для їх реалізації та налаштування зв’язків в межах цієї структури. Відомий спосіб забезпечує часові вимоги виконуваних додатків шляхом виділення необхідного, з точки зору продуктивності обчислення, обсягу апаратури, запобігаючи її збитковості. Проблематика зменшення непродуктивних видатків часу не розглядається – фактично задача реконфігурації вирішується на рівні каналів зв’язку, без задіяння фізичного рівня архітектури, і зводиться до класичної концепції апаратного прискорення.

Модифікований спосіб забезпечення часових вимог

Модифікований спосіб забезпечення часових вимог, застосовується для розподілу виставленого додатком проміжку часу виконання між послідовністю виконуваних макрозадач [1], що є складовими даного додатку. На відміну від відомого способу [3], заданий проміжок часу розподіляється між послідовністю задач обернено пропорційно часу їх очікуваного виконання. Це призводить до виділення задачам, коефіцієнт прискорення продуктивності яких більше ніж середній, додаткового часу виконання за рахунок задач, прискорення яких нижче ніж середнє. Таким чином, запропонований спосіб дозволяє визначити критичні до часу виконання задачі, що потребують інтенсивного прискорення реконфігурації. Задачі з високим коефіцієнтомприскорення продуктивності вирішуються на наявному устаткуванні засобами стандартної послідовності процесу реконфігурації. Далі наведений математичний запис запропонованого способу забезпечення часових вимог:

де ${{T}_{QoS}}$ – виставлені додатком обмеження часу, ${{T}_{QoS\_Mod\text{}i}}$ – обмеження часу, розраховані для кожної i-ї задачі, ${{T}_{\text{ }Count i}}$ – очікуваний час виконання i-ї задачі, ${{\rho}_{i}}$ – прискорення продуктивності, розраховане як відношення часу обчислення додатку програмними засобами до часу апаратного обчислення [1, 3], ${{\rho}_{Av}}$ – усереднене прискорення продуктивності, $i=\overline{1,n}$, де n – кількість задач в послідовності виконання.

На відміну від відомого способу в вираз (1) введена корекція похибки усереднення, що підвищує точність розрахунків.

Експериментальні дослідження

Розроблений емулятор реконфігурованої обчислювальної системи (РОС) та програмна модель реалізації прискорення реконфігурації [1]. Достовірність програмної моделі забезпечена шляхом врахування реальних часових характеристик синтезованих на ПЛІС моделей обчислювального модуля та функціональних блоків апаратних задач. Апаратні блоки синтезовані на мові Verilog та реалізовані на ПЛІС Cyclone II Altera. Досліджувалась серія додатків, поданих графами алгоритмів в ЯПФ, що були синтезовані як випадковий набір обчислювальних макрозадач. Досліджувались алгоритмів з різною кількістю однотипних задач. Виконано порівняння процесів інтенсивного та оптимального прискорення реконфігурації. Визначений показник прискорення реконфігурації для алгоритмів з різною кількістю наборів однотипних задач (рис. 1). За результатами експериментів отримано, що механізм оптимізації реконфігурацій на базі запропонованого способу забезпечення часових обмежень зменшує інтенсивність впливу просторових обмежень на швидкість реконфігурації приблизно на 10% у порівнянні з відомим методом інтенсивного прискорення реконфігурації.

Рис. 1. Дослідження показників прискорення

Висновки

Запропонова номодифікований спосіб забезпечення часових вимог додатків, що дозволяє його використання в межах вирішення проблеми оптимізації реконфігурації в динамічно реконфігурованих обчислювальних системах, за рахунок визначення задач, що не потребують залучання механізмів інтенсивного прискорення реконфігурації.

Запропонований спосіб дозволяє забезпечити широкий клас задач найбільш ефективною цільовою структурою для досягнення необхідної продуктивності обчислень, а також зменшити кількість відмов під час розподілу потоку динамічно надходжуваних задач.

Перелік посилань

  1. Кулаков Ю.О. Розробка методу прискорення реконфігурації в динамічно реконфігурованих обчислювальних системах Ю. О. Кулаков, І. А. Клименко, М. В. Рудницький //Восточно-европейский журнал передовых технологий. – 2015. – том 4, № 4(76) (2015). –С. 25 – 30.

  2. Кулаков Ю.О. Організація багаторівневої пам’яті в реконфігурованих обчислювальних системах // Ю.О. Кулаков, І.А. Клименко /Вісник НТУУ «КПІ». Інформатика, управління та обчислювальна технік: Зб. Наук.Пр. – К.: Вєк+, 2014. - №61. – С. 18 – 26.

  3. Ahmed W. Adaptive Resource Management for Simultaneous Multitasking in Mixed-Grained Reconfigurable Multi-core Processors /W. Ahmed, M. Shafique, L.Bauer, J. Henkel // Proceedings of the 9th International Conference on Hardware/Software Codesign and System Synthesis(CODES+ISSS) (Taiwan, Taipei, 9-14 October 2011). – IEEE, 2011. – P. 365 – 374.
Jun 10, 2016