Funktionale Online-Garantien für ungenau rechnende Hardware-Systeme durch Kombination von Test und Monitoring

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Görschwin Fey; Professor Dr. Alberto Garcia-Ortiz
• Fachliche Zuordnung: Rechnerarchitektur, eingebettete und massiv parallele Systeme
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 471837173

Zwei Kräfte treiben den Entwurf neuester digitaler Systeme: Variabilität und Approximation. Mit der Skalierung der Technologie nimmt die Variabilität von Bauelementen und Verbindungsstrukturen dramatisch zu. Dies ist intrinsischen (z.B. ungleiche Dotierung) und extrinsischen (z.B. Temperaturschwankungen) Faktoren geschuldet. Außerdem altern Bauelemente über die Zeit, wodurch die Variabilität weiter zunimmt. Um mit den resultierenden Effekten umzugehen, wurden neue Entwurfsmethodologien vorgeschlagen, die „ungenaue“ Berechnungen in gewissen Systemteilen oder für gewisse Zeitspannen akzeptieren. So wird der Umgang mit Fehlern ein integraler Bestandteil des Entwurfsablaufs. Die „ungenaue“ Funktionalität zeigt sich in zwei fundamental unterschiedlichen Weisen: entweder wird unvermeidbare Variabilität auf Technologieebene durch zusätzliche Logik abgefangen – dies wird auch als „stochastische Berechnung“ bezeichnet – oder Ungenauigkeit wird im Entwurf verursacht, um den Flächen- oder Energiebedarf zu mindern – dies wird auch als „approximative Berechnung“ bezeichnet. Beide Bereiche werden eine essentielle Rolle bei zukünftigen Systemen spielen; so zum Beispiel, wenn die Infrastruktur für das Internet-of-Things (IoT) ausgebaut wird oder wenn Multi-Prozessor-Systeme für hoch performantes Rechnen realisiert werden.Gegenwärtig ist es nicht möglich, Genauigkeitsgarantien während der Laufzeit eines ungenauen Rechensystems zu liefern, wenn die Ungenauigkeit Alterung oder Umgebungsbedingungen resultiert. Deshalb können funktional approximative oder der Variabilität unterworfene Systeme nur schwer in sicherheits-relevanten Bereichen eingesetzt werden. Ziel dieses Projektes ist es, diese Probleme zu bewältigen. Es sollen erstmals Konzepte für eine Diagnoseinfrastruktur für ungenaue Schaltungen erarbeitet werden, die zur Laufzeit funktionale Garantien gibt. Dies soll durch die Kombination neuer Algorithmen für Erzeugung und Zusammenstellung stimuli-basierter Tests zur Laufzeit sowie neuer Hardware-Elemente zum nebenläufigen Monitoring der Funktionalität erreicht werden. Die Entwurfsmethoden werden auf einem Vision-System-on-Chip validiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen