Anwendung einer generativen Grammatik zur automatischen Architekturexploration von digitalen System-on-Chip (SoC) Plattformen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ulf Schlichtmann
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 231839943

Eingebettete Systeme finden sich in einer Vielzahl von technischen Geräten in der Haushaltstechnik, Unterhaltungselektronik, Mobiltelefonie aber auch in Steuerungs- und Überwachungsanlagen von Zügen oder Industrierobotern. Dabei gelten eingebettete Systeme als Hidden Champions der Industrie, da ihre steigende Rechenleistung vielfältige Innovationen ermöglicht hat und zukünftig ermöglichen wird.Die aber hierfür erforderliche Steigerung der funktionalen Komplexität zukünftiger eingebetteter Systeme verlangt nach innovativen Entwurfsmethoden für deren Entwicklung. Diese Systeme werden meist hochintegriert auf einem einzelnen Siliziumchip gefertigt, sogenannte System-on-chips oder kurz SoCs. Die schnelle Realisierung hochkomplexer SoCs kann durch einen plattformbasierten Entwurf erreicht werden. Dieser beruht darauf, dass eine Bibliothek bereits entwickelte Schaltungsblöcke, bekannt als Intellectual Property Blöcke, als SoC Plattform bereitgestellt werden. Die Architektur dieser SoC Pattformen muss konfigurierbar sein, um diese flexibel an neue Systemanforderungen anpassen zu können. Bisher muss die Erstellung der Architektur und Konfiguration solch einer SoC Plattform aber meist manuell vom Entwickler durchgeführt werden, da es wenige Verfahren zur Automatisierung gibt. Dies ist aber sehr ineffizient, da nur wenige Kandidatenkonfigurationen untersucht werden können.Das Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, innovative Methoden zur automatischen Konfiguration von SoC Plattformen zu entwickeln. Die dazu erforderliche Exploration der möglichen Plattformarchitekturen stellt aber ein hochanspruchsvolles Optimierungsproblem dar, da topologische Änderungen der Architektur vorgenommen werden und diskrete Parameter konfiguriert werden müssen. Hierfür wird in diesem Projekt ein neuartiges hocheffizientes Optimierungsverfahren zur Architekturexploration entwickelt, welches auf einer generativen Grammatik und Suchverfahren aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz basiert. Mit diesen Verfahren wird eine konstruktive regelbasierte Optimierungsmethodik entwickelt, die in diesem Umfeld noch nie eingesetzt wurde. Sie verspricht eine sehr formelle Beschreibung der möglichen topologischen Veränderungen der Plattform, die vom Entwickler leicht nachvollziehbar sind und zusätzlich zur automatischen KI Suche auch interaktiv gesteuert werden kann. Die Effizienz der entwickelten Methode soll an dem plattformbasierten Entwurf eines anwendungsspezifischen SoC basierend auf dem freien Wishbone Busspezifikation und der OpenRISC Prozessorarchitektur von OpenCores untersucht werden. Da ähnliche Optimierungsprobleme mit diskreten Parametern und topologischen Änderungen auch in anderen wissenschaftlichen und technischen Disziplinen zu finden sind, werden die Forschungsergebnisse auch für diese Disziplinen von großem Interesse sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen