Co-Design von rekonfigurierbaren Architekturen und Echtzeitsystemen für nicht-flüchtige Hauptspeicher (ARTS-NVM)

• Antragsteller: Professor Dr. Jian-Jia Chen; Professor Dr.-Ing. Jörg Henkel
• Fachliche Zuordnung: Datenmanagement, datenintensive Systeme, Informatik-Methoden in der Wirtschaftsinformatik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 502308721

Anwendungen für eingebettete Systeme erfordern eine hohe Rechenleistung bei geringem Leistungsverbrauch (i.e. elektrisch) und größerem Speicherbedarf. Diese teilweise widersprüchlichen Randbedingungen erfordern neue Methoden und/oder neue Systemarchitekturen. Neben den potenziellen Vorteilen müssen jedoch auch Herausforderungen bewältigt werden, um von diesen neuen Eigenschaften zu profitieren. Dieses Forschungsprojekt zielt auf die Entwicklung von NVM-basierten rekonfigurierbaren Architekturen und Timing-Analysen ab, welche NVMs sicher als Hauptspeicher in eingebetteten Echtzeitsystemen und/oder als rekonfigurierbare Strukturen nutzen können, indem die Zeit-Vorhersagbarkeit und die Qualität von Wear-Leveling-Systemroutinen deutlich verbessert werden. Obwohl es verschiedene Ansaetze von disruptiver Designproblemen und Worst-Case-Timing-Analysen gibt, können diese das Gesamt-System mit NVMs in Echtzeitsystemen noch nicht auf einem Niveau modellieren, analysieren und betreiben, wie dies für den sicheren Betrieb in einer Vielzahl eingebetteter Computer-Systeme erforderlich ist. Mit dem Fortschreiten komplexer eingebetteter Systemanwendungen werden in naher Zukunft ein hoher Speicherbedarf und ein geringer Leistungsbedarf von entscheidender Bedeutung sein, was den Bedarf an NVM-freundlichen Echtzeitbetriebssystemen und rekonfigurierbaren Strukturen erfordert. Wir haben die folgenden Ziele: i) Entwicklung von Task-Modellen und zeit-bewussten Analysen, um sichere Obergrenzen für Worst-Case-Ausführungszeiten und Reaktionszeiten abzuleiten und dabei wichtige NVM-spezifische Eigenschaften zu berücksichtigen. ii) Entwicklung von Architektur- und Systemebenenansätzen zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und Anpassungsfähigkeit von NVM-basierten FPGAs durch Optimierung der Ressourcenverwaltung und der Rekonfigurationsstrategien bei gleichzeitiger Einhaltung von Leistungsanforderungen unter den NVM-Randbedingungen. iii) Verbesserung der Systemsoftware zur Unterstützung von NVM-Technologien durch Verfeinerung der Speicherverwaltung, Optimierung speicherabgebildeter Schnittstellen für Controller und Integration von Monitor-Funktionen zur Verbesserung der Online-Zugangskontrolle. In der Literatur vorgeschlagene Lösungen haben einige individuelle Probleme adressiert. In Anbetracht des erforderlichen Zeitaufwands wurde der zeitlichen Vorhersagbarkeit jedoch nicht genügend Aufmerksamkeit gewidmet. Darüber hinaus ist NVM-Beanspruchung (i.e. Stress) des NVM unter gegebenen Zeitanforderungen noch ein offenes Problem. Damit ist es uns möglich, bereits in frühen Entwurfsphasen neuartige Methoden, Analysen und Optimierungen einzubringen. Wir gehen davon aus, dass die Forschungsergebnisse dieses Projekts eine neue Perspektive auf eingebettete Echtzeitsysteme für disruptive Speichertechnologien mit zeitbewussten, NVM-basierten rekonfigurierbaren Architekturen bieten und die Bandbreite der wissenschaftlichen Ergebnisse des SPP 2377 bereichern werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2377: Disruptive Hauptspeichertechnologien