Processore ibrido che può cambiare il proprio cablaggio

Il nuovo processore DASH-SoC combina hardware e software innovativi per realizzare i vantaggi di processori e acceleratori di uso generale

Il nuovo processore Il DASH-SoC combina hardware e software innovativi per realizzare i vantaggi di processori e acceleratori di uso generale

Il dottor Hun-Seok Kim,(1) assistente professore di ingegneria elettronica e informatica, condurrà un progetto da 5,2 milioni di dollari con l'obiettivo di sviluppare un processore system-on-chip (SoC) che combina l'adattabilità di processori generici con l'efficienza di processori specializzati, che consentono applicazioni complesse come sistemi di comunicazione wireless altamente intelligenti utilizzati in radar e in moltitudini di dispositivi autonomi.

Questo SoC ibrido e il software avanzato focalizzato sul dominio - Sistema eterogeneo su chip riconfigurabile (DASH-SoC), potrebbero consentire un design di comunicazione wireless unificato, preciso e affidabile che si adatta agli ambienti e alle esigenze attraverso modifiche al software anziché all'hardware.

“Attualmente, le comunicazioni wireless sono supportate da modem hardware dedicati, legati a standard internazionali molto specifici”, spiega Hun-Seok Kim. “Tuttavia, esistono decine di standard diversi che impediscono il collegamento di molte applicazioni nel momento in cui utilizzano protocolli wireless diversi. Per connettere questi dispositivi senza soluzione di continuità è necessaria una soluzione unificata. Il modo migliore per avvicinarsi a questo è rendere la soluzione di comunicazione definita dal software”.

Il processore DASH potrebbe sostituire le linee cablate in luoghi in cui la comunicazione è critica e richiede velocità e affidabilità, ad esempio tra auto e macchinari all'interno delle fabbriche. La tecnologia potrebbe anche offrire una soluzione migliore per droni, servizi di localizzazione come GPS e radar e reti di sensori nell'Internet degli oggetti.

Il programma, lanciato dalla Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA),(2) è denominato Domain-Specific System on a Chip (DSSoC) e fa parte dell'area di ricerca Research di Architectures della sua Electronics Resurgence Initiative (ERI).(3) Il progetto DASH-SoC, che è destinato a ricevere 17 milioni di dollari di finanziamenti totali per tutta la durata del programma, include l'organizzazione principale di queste istituzioni: Arizona State University, University of Arizona, Carnegie Mellon University, Arm, General Dynamics ed EpiSys Science. Hun-Seok Kim beneficia della collaborazione di David Blaauw, professore U-M di ingegneria elettrica e informatica, Trevor Mudge, professore U-M di ingegneria informatica e ingegneria e Ron Dreslinksi, professore universitario U-M di informatica e ingegneria.

La parte del progetto di Kim è l'integrazione hardware: unire processori multi-core di uso generale, come quelli che si trovano nei nostri smartphone e tablet; nuovi processori adattativi (new domain-adaptive processors) insieme ad acceleratori ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), iper-ottimizzati per una singola attività, come l'elaborazione di reti neurali profonde.

I processori per scopi generici consentono flessibilità nel loro scopo, ma a una velocità inferiore e un maggiore consumo di energia. D'altra parte, la costruzione specializzata di acceleratori ASIC, che integra un flusso di elaborazione altamente personalizzato su un singolo chip, consente loro di eseguire rapidamente una singola funzione a un basso consumo energetico. Gli acceleratori ASIC sono progettati con memoria dedicata ed elementi di elaborazione in luoghi specifici per le migliori prestazioni nelle loro singole attività, spesso dando loro 100 volte l'efficienza o maggiore rispetto ai chip generici.

“Vogliamo demistificare questa nozione secondo cui esiste un compromesso fondamentale tra flessibilità ed efficienza”, ha affermato Kim. “Questo nuovo sistema dimostrerà che è possibile progettare un SoC che sia non solo flessibile ma anche efficiente”.

Il DASH-SoC combina hardware e software innovativi per realizzare i vantaggi di processori e acceleratori di uso generale. Per quanto riguarda l'hardware, il processore utilizzerà un nuovo tessuto crossbar veloce riconfigurabile, che collegherà molti elementi di memoria ed elaborazione e consentirà percorsi multipli per i dati, proprio come una griglia di strade cittadine. Il software, che include un programmatore intelligente e un gestore risorse, determinerà i percorsi migliori e il traffico dati diretto basato su un algoritmo di apprendimento automatico e sui vincoli ambientali e prestazionali. Ciò consentirà al sistema di migliorare l'efficienza attraverso la riconfigurazione del layout e l'allocazione delle risorse tramite il software.

“L'altro approccio per aumentare l'efficienza consiste nel trasformare il processore in modo da gestire i modelli di dati che si verificano frequentemente e che sono identificati in un dominio specifico”, spiega Kim. “Se analizzi molte attività nei sistemi di comunicazione, dovrai identificare alcuni modelli molto comuni nel movimento dei dati”.

Questa analisi dei modelli di dati comuni all'interno delle comunicazioni wireless, chiamata interfaccia di ontologia, sarà completata da Arizona State University.(4)

“Mentre stiamo mirando a un dominio specifico, lo spazio per le applicazioni è enorme”, ha aggiunto Kim. Il medesimo chip sviluppato per le comunicazioni wireless sarà anche adatto alle attività di apprendimento automatico, come la classificazione di immagini o audio. Un altro team della Michigan University, guidato dai dottori Ronald G. Dreslinksi(5) e Trevor Mudge,(6) svilupperà ulteriori strumenti software, inclusi: strumenti di debug e compilazione, librerie e driver. Questo darà un valido supporto agli sviluppatori nel utilizzare il nuovo processore.

Un progetto correlato nel programma Hardware definito dal software, che rientra nella ricerca di architettura di EAR DARPA, lavorerà a stretto contatto con il progetto DASH-SoC e condividerà concetti e proprietà intellettuale. Arm,(7) produttore di processori facenti parte dei modelli che si trovano nella maggior parte degli smartphone, condividerà anche la tecnologia chiave per aiutare a costruire questo nuovo tipo di processore.

Riferimenti:

(1) Hun-Seok Kim

(2) Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA)

(3) Electronics Resurgence Initiative (ERI)

(4) Arizona State University

(5) Ronald G.Dreslinksi

(6) Trevor Mudge

(7) Architecting a Smarter World – Arm

Foto di pixabay.com / Autore: Edoardo Capuano

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