Evaluation of system-on-chip design space exploration framework

Abstract

AB3:Nykyaikaisten digitaalisten sulautettujen järjestelmien suunnittelusta on tullut yhä vaikeampaa vaadittujen aika- ja kustannusbudjettien rajoissa. Suunnitteluavaruuden ratkaisun etsintä on tunnettu menetelmä helpottamaan monimutkaisten järjestelmäpiirien suunnittelua sekä lyhentämään suunnitteluaikaa. Se käyttää algoritmijoukkoa optimoidakseen järjestelmän toteutusta. Paras toteutus voidaan löytää etsimällä suoritinkonfiguraatiota, tehtävien kohdentamista, kommunikointiverkon topologiaa ja vuorontamista. Jotta etsintä olisi tehokasta, sen täytyy tuottaa tuloksia nopeasti. Lisäksi tulosten täytyy olla luotettavia.Tämä diplomityö arvioi automaattisen suunnitteluavaruuden ratkaisun etsintäympäristön soveltuvuutta erilaisten sovellusten etsintään ja vertaa etsinnän tarkkuutta oikeaan FPGA-toteutukseen. Etsintäympäristö kuuluu Koski-suunnitteluvuohon, joka sisältää täysin automaattisen sarjan työkaluja korkean tason järjestelmämallinnuksesta fyysiseen toteutukseen asti. Tampereen teknillisessä yliopistossa kehitetty ympäristö sisältää tapahtumatason järjestelmäsimulaattorin ja toteuttaa kolme etsintäalgoritmia: Lin-Kernighan, satunnainen ja simuloitu jäähdytys.Verkkotopologian, suoritinkonfiguraation, kohdentamisen ja verkkoparametrien etsintä suoritettiin seitsemälle sovellukselle, ja etsinnän tarkkuutta arvioitiin M-JPEGvideokoodekin kolmen eri abstraktiomallin avulla.

Designing modern digital embedded systems has become more and more difficult within the required time and cost budget. Design Space Exploration (DSE) is a known method for easening the design process and shortening the design time of complex System-on-Chips (SoCs). It utilizes a set of algorithms for optimizing the system implementation. The best implementation can be found by exploring processing element allocation, task mapping, communication network topology, and scheduling. In order for DSE being efficient, it needs to provide the results fast and they must be reliable.This thesis evaluates the applicability of automated design space exploration framework for exploring different applications and compares the accuracy of the exploration against real Field Programmable Gate Array (FPGA) implementation. The DSE framework is seamlessly integrated with the Koski design flow, which is a fully automated tool set from high level system modelling to physical implementation. The framework, developed at Tampere University of Technology, includes a transaction level system simulator and implements three algorithms for the exploration: Lin-Kernighan also known as Group Migration, random, and Simulated Annealing.The exploration for network topology, allocation, mapping, and network parameters is carried out for seven applications, and the accuracy of the exploration is evaluated using three application abstraction models for a Motion-JPEG video codec.