Schichtübergreifende adaptive Härtungsstrategien für Allzweck-Grafikprozessoren der nächsten Generation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Hübner, seit 9/2021
• Fachliche Zuordnung: Rechnerarchitektur, eingebettete und massiv parallele Systeme ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458578717

Grafikprozessoren (GPUs) werden derzeit in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt, in denen die langfristig zuverlässige und fehlerfreie Ausführung von größter Bedeutung ist, beispielsweise in den Bereichen Automobil, Avionik und Weltraum. Ursprünglich für die Multimedia-Verarbeitung konzipiert, ist die Mikroarchitektur moderner GPUs für eine zuverlässige Ausführung immer noch nicht gut geeignet. In Bereichen, in denen diese Einschränkung von größter Bedeutung ist, werden GPU-Designs nur erweitert, indem die Speicher-Arrays (die leicht ausgetauscht werden können, ohne das gesamte Design zu ändern) mit Fehlerkorrekturcodes (ECC) geschützt werden. Auf Softwareebene werden dann zusätzliche Maßnahmen zur fehlertoleranten Ausführung implementiert, die erforderlich sind, um die strengen Anforderungen an niedrige Fehler zu erfüllen. Dieses Szenario zeigt einen klaren Bedarf an Mikroarchitekturen, die unterschiedliche Anwendungsdomänen bedienen und gleichzeitig die Entwurfskosten so niedrig wie möglich halten können. Um die Sache noch schwieriger zu machen, unterliegen all diese Anwendungen strengen Einschränkungen hinsichtlich Leistung, Leistung und Energieverbrauch, die ebenfalls erfüllt werden müssen.Um den herausfordernden und widersprüchlichen Anforderungen der Allgemeinheit (mit einem Gerät, das mehrere Domänen bedient) und der Effizienz (Leistung, Energieverbrauch und Zuverlässigkeit) gerecht zu werden, wird in dieser Studie die Untersuchung neuartiger adaptiver GPU-Architekturen vorgeschlagen, mit denen die Ausführung dynamisch optimiert werden kann in Richtung domänen- / anwendungsspezifischer Einschränkungen wie Leistung, niedriger Energieverbrauch und zuverlässige Ausführung durch Anpassung an Umgebungsbedingungen (wie die Wahrscheinlichkeit von Fehlern) und Anwendungseigenschaften (wie die Ressourcennutzung). Um die strengen Zuverlässigkeitsniveaus zu erreichen, die für zukünftige sicherheitskritische Systeme wie die der Norm ISO 26262 erforderlich sind, wird die Zuverlässigkeit aus einer schichtübergreifenden Perspektive betrachtet, wobei Techniken verwendet werden, die von der Anwendung bis zur Hardwareebene reichen, um dies zu erreichen das Zuverlässigkeitsziel bei der Untersuchung der Kombination von Ansätzen, die den besten Kompromiss in Bezug auf Leistung und Energieverbrauch bieten. Dieses Projekt wird zu einer neuartigen Entwurfsmethode für adaptive und zuverlässige GPUs mit neuen schichtübergreifenden und adaptiven Strategien führen, die es diesen Geräten ermöglichen, mehrere Domänen anzupassen und zur Laufzeit an die augenblicklichen Anforderungen jeder Anwendung zu optimieren (hohe Leistung, hohe Energieeffizienz) oder hohe Zuverlässigkeit). Im Folgenden erläutern wir die Bedeutung von GPUs und den Stand der Technik im Design für Zuverlässigkeit und GPU-spezifische Ansätze sowie die früheren Arbeiten des Befürworters in den Bereichen Anpassungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und GPUs.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Brasilien
• Kooperationspartner: Professor Dr. Antonio Carlos Schneider Beck; Professor Dr. Paolo Rech
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Marcelo Brandalero, bis 9/2021