Beherrschung der Komplexität von MpSoC mit Prinzipien einer "Self-Aware Information Processing Factory" - Vernetzte und datenzentrische Plattformen (IPF 2.0)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Rolf Ernst; Professor Dr. Andreas Herkersdorf
• Fachliche Zuordnung: Rechnerarchitektur, eingebettete und massiv parallele Systeme
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391520166

Dieser DFG/NSF-Fortsetzungsantrag erweitert die Idee einer “Information Processing Factory“ (IPF) auf verteilte autonome Many-Core Systeme (MpSoC), sowie Systems-of-MPSoCs mit variierenden Kopplungsgraden, in cyberphysischen Anwendungen und dem Internet-of-Things. IPF entspricht einem Paradigmenwechsel im Plattformentwurf, bei dem der langfristige, robuste und vernetzte Betrieb in den Fokus rückt und damit den gegenwärtigen komponentenzentrischen Entwurf ersetzt. Eine solche Refokussierung zielt nicht nur auf die wachsenden Hardwareprobleme am Ende von Moore’s Law, sondern sie wird notwendig um wachsende Systemkomplexität und Datenmengen zu beherrschen. Vernetzte IT-Systeme werden die Menschen nicht nur in ihrer Anzahl weit übertreffen, sondern auch in ihrer Auffassungsfähigkeit. Während die wachsende Komplexität der IT Anwendungen für weite Teile der Gesellschaft sichtbar ist und öffentlich diskutiert wird, betrifft das Wachstum in gleichem Maß die Plattformen (Computer, Kommunikation, Speicher etc.), die dieses Wachstum erst ermöglichen.Wie eine Fabrik adaptiert sich eine IPF an wechselnde Anforderungen, die Verfügbarkeit und den Zustand ihrer Ressourcen und koordiniert die Logistik von IPF Clustern. Um die Komplexität mit so viel verteilter Autonomie wie möglich und so wenig zentraler Steuerung wie nötig zu beherrschen, stützt sich die IPF auf Prinzipien der „Self-Awareness“ und der Selbstorganisation, um MPSoCs in einem oder mehreren Devices zu koordinieren. Besondere Aufmerksamkeit erfordern kritische und “Mixed Criticality“ Anwendungen, wo Leistungsgarantien (Echtzeit, Sicherheit, …) und Isolation über die Lebenszeit eines Produkts gewährleistet werden müssen.In Phase 1 wurden die wesentlichen Grundlagen der Organisation von MpSoC basierten IPFs gelegt und an Beispielen untersucht. Die beantragte Phase 2 geht plangemäß über die einzelne Schaltung hinaus, zunächst zu lokal vernetzten Systemen, die noch über einen gemeinsamen Plan gesteuert werden, hin zu dynamisch kooperierenden Verbünden mit emergentem Verhalten, vergleichbar der Interaktion von Fabriken in globalen Lieferketten. Als gemeinsames Forschungsobjekt soll ein Fahrzeugverbund (Platoon) verwendet werden, in dem verteilte Planung, Verifikation und Sensorik ablaufen. Die deutsche Seite konzentriert sich auf die dynamische Steuerung von datenzentrischen Fahrzeugplattformen, wobei unter dem Begriff DynamicNUMA ein neuartiger Mechanismus für Datenorganisation und Caching entwickelt werden soll, der u.a. Hardware-Caching mit Clusterung und softwaregesteuertes Object Caching kombiniert. Damit werden Performanz und Energieeffizienz von verteilten Systemen mit hohem Datenaufkommen, etwa in der Sensorfusion, verbessert und gleichzeitig die Einhaltung von zeitlichen und Sicherheitsgarantien ermöglicht. Dazu steht ein physikalischer Prototyp eines Fahrzeugnetzes und Simulationsumgebungen zur Verfügung. Der Austausch mit den US-Partnern ist personell und softwaretechnisch gut etabliert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Partnerorganisation: National Science Foundation (NSF)
• Kooperationspartner: Professor Bryan Donyanavard, Ph.D.; Professor Nikil D. Dutt; Professor Fadi J. Kurdahi