Untersuchung und Bewertung von regelungstechnischen Prinzipien zur Verbesserung des Echtzeitverhaltens moderner Mikroprozessoren

• Antragsteller: Professor Dr. Uwe Brinkschulte
• Fachliche Zuordnung: Rechnerarchitektur, eingebettete und massiv parallele Systeme
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 103897449

• Erstellungsjahr: 2014

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Mit den letzten zwei Projektjahren wurde das REMIS-Projekt fortgesetzt und erfolgreich abgeschlossen. Der Regler und die Verhaltensmodelle wurden weiter verfeinert und auch um einen weiteren Regelparameter, dem Energiebedarf, erweitert. Es zeigte sich, dass bei unserem Ansatz, der zusätzlichen Regelung von Taktfrequenz und Versorgungsspannung keine negativen Auswirkungen auf die Güte der Durchsatzregelung auftraten, dabei jedoch der Energiebedarf des geregelten Prozessors gesenkt werden konnte. Bei der Anpassung und Erweiterung der Einkernegelung auf Mehrkernprozessoren gibt es ebenfalls gute Ergebnisse. Es stellte sich heraus, dass ein Kaskadenregler, der aus lokalen Reglern auf jedem Prozessorkern und einem globalen Regler besteht, bessere Ergebnisse liefert als die Varianten, die nur lokale Regler oder nur einen globalen Regler verwenden. Bei der Mehrkernregelung wurde zudem eine zusätzliche Herausforderung identifiziert, da nicht trivial ist, welcher Thread von einem Prozessorkern zu einem anderen migriert werden soll. Die hier verwendete Migrationsstrategie ist relativ einfach und vertauscht nur jeweils zwei Threads. Der Thread mit dem höchsten GP-Wert vom dem Prozessorkern, der am höchsten ausgelastet ist wird ausgetauscht gegen den Thread mit dem niedrigsten GP-Wert von dem Prozessorkern, der die geringste Auslastung hat. Die Berechnung der Auslastung von Threads und Prozessorkernen beziehen sich dabei immer nur auf die Werte innerhalb des Regelfensters. Nach einer erfolgreichen Migration tritt eine kurze Sperrzeit in Kraft. Angesichts des komplexen Problems der sinnvollen Threadmigration bei aktiver Regelung besteht noch weiterer Forschungsbedarf, um einen Algorithmus zu finden, der noch bessere Ergebnisse liefert.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• A generalized model to control the throughput in a processor for real-time applications. ISORC2011: 14th IEEE International Symposium on Object/Component/Service-oriented Real-time Distributed Computing, 2011
  Daniel Lohn, Mathias Pacher, and Uwe Brinkschulte
  
• Design and evaluation of an adaptive real-time microprocessor. IEEE SSCI 2013 - 2013 IEEE Symposium Series on Computational Intelligence, 2013
  Michael Bauer, Daniel Lohn, Benjamin Betting, and Uwe Brinkschulte
  
• Self- Organization in Embedded Real-Time Systems, chapter A Control Theory Approach to Improve Microprocessors for Real-Time Applications by Self-Adapting Thread Performance, pages 1 – 24. Springer Basel, 2013
  Uwe Brinkschulte, Daniel Lohn, Mathias Pacher, and Michael Bauer
  
• Design and evaluation of an energy-saving real-time microprocessor. ISORC2014: 17h IEEE International Symposium on Object/Component/Service-oriented Real-time Distributed Computing, 2014
  Uwe Brinkschulte, Daniel Lohn, and Michael Bauer
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1109/ISORC.2014.32)