• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Контакты

123458 г. Москва, Таллинская, д. 34 (м. «Строгино»)

Тел.: +7 (495) 772-95-90 * 11089

E-mail: vstarykh@hse.ru

Руководство
Заместитель руководителя Королева Ирина Владимировна

Предзащита кандидатской диссертации Лежнева Евгения Владимировича

26 мая 2022 года на совместном заседании ДКИ МИЭМ НИУ ВШЭ состоится предварительная защита кандидатской диссертации аспиранта Лежнева Евгения Владимировича на тему: «Автоматизация низкоуровневого моделирования сетей на кристалле».

Научный руководитель – к.т.н., доц. ДКИ МИЭМ НИУ ВШЭ Романов Александр Юрьевич.

Начало – 16:00. Ссылка: https://meet.miem.hse.ru/520


Диссертация посвящена автоматизации низкоуровневого моделирования сетей на кристалле (СтнК).

Постоянный рост сложности вычислительных задач, а также увеличение требований к объемам обрабатываемых данных, значительным образом влияют на индустрию разработки вычислительных систем. Отражением этого является переход от одноядерных к многоядерным процессорам, а также от однопроцессорных вычислительных комплексов к многопроцессорным. В последние несколько лет разработка процессоров и систем на кристалле, а также мультипроцессорных систем на кристалле, вышла на новый качественный уровень, представляющий собой объединение на одном чипе большого количества процессоров (от 100 и более) и соединение их в единую вычислительную СтнК. Это требует разработки новых подходов к проектированию вычислительных систем и изменения методики их моделирования. Все большую актуальность приобретает низкоуровневое моделирование, когда вся система представлена на уровне регистровых передач, разделенной на функциональные блоки, где проявляются все архитектурные изменения исследуемой системы. Таким образом, объектом исследования в работе являются сети на кристалле, а предметом исследования – низкоуровневое моделирование сетей на кристалле.

Целью исследования является разработка системы автоматизации низкоуровневого (HDL) моделирования для синтеза подсистемы связи сети на кристалле.

Задачи диссертационного исследования:

1. Анализ принципов организации и работы низкоуровневых моделей СтнК, их типовых структур и решаемых задач;

2. Разработка алгоритмического обеспечения для синтеза комплексных низкоуровневых моделей подсистем связи СтнК под различные задачи проектирования, а также автоматизации процесса генерации таких моделей;

3. Реализация универсального интерфейса для подключения компонентов СтнК к сгенерированной подсистеме связи;

4. Разработка метода редуцирования модели СтнК для исследования сетей с большим количеством узлов;

5. Разработка метода создания специализированных низкоуровневых моделей СтнК, позволяющих производить оценку ресурсов, занимаемых как подсистемой связи отдельно от остальных компонентов СтнК, так и СтнК в целом;

6. Разработка методики сквозного проектирования СтнК на основе низкоуровневой модели, с целью согласования между собой результатов моделирования СтнК на всех этапах проектирования и автоматизации процесса моделирования;

7. Разработка прикладного ПО, реализующего САПР для разработки низкоуровневых моделей СтнК;

8. Апробация предложенной методики на примере решения задач оценки влияния топологии, алгоритма маршрутизации и других параметров на работу СтнК в целом для проведения ее сравнительного анализа с классическим циклом низкоуровневого моделирования.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

1. Разработан новый подход к низкоуровневому моделированию подсистемы связи СтнК, который позволяет проводить оценку аппаратных затрат на реализацию СтнК на основе любых топологий и алгоритмов маршрутизации с количеством узлов до 200;

2. Предложена новая методология синтеза низкоуровневых моделей СтнК, которая позволила автоматизировать параметрический синтез моделей СтнК под заданные требования на основе использования прототипа ядра низкоуровневой модели подсистемы связи СтнК, а также дало возможность ускорить процесс отладки работы подсистемы связи СтнК до 15 раз;

3. Разработан метод редуцирования модели СтнК, что позволило, путем замещения вычислительных IP-блоков модулем генерации пакетов данных, проводить моделирование подсистемы связи СтнК без учета вычислительных IP-блоков, и дало возможность увеличить количество узлов в сети в 2,5 раза до 200 узлов;

4. Разработаны новые подходы и методы автоматизации сквозного проектирования СтнК от параметрического описания до прототипа на ПЛИС, на основе использования методов косимуляции и синтеза кода модели с языков высокого уровня, за счет чего процесс разработки подсистемы связи СтнК был ускорен до 15 раз, и обеспечена согласованность результатов моделирования на всех этапах проектирования.

Практическое значение полученных результатов заключается в том, что:

1. Разработанная низкоуровневая модель подсистемы связи СтнК позволила проводить моделирование передачи данных в СтнК с количеством узлов до 200, а также ускорить процесс отладки подсистемы связи до 15 раз;

2. Разработан универсальный интерфейс для подключения компонентов СтнК, что дало возможность автоматизировать процесс добавления элементов в СтнК;

3. Разработан транслятор для перевода высокоуровневых описаний специализированных алгоритмов в низкоуровневое представление (на HDL), что позволило проводить сравнительный анализ влияния различных топологий и алгоритмов маршрутизации на функционирование подсистемы связи СтнК;

4. На основе разработанной методологии прототипирования подсистемы связи СтнК для ПЛИС, создана новая архитектура САПР и ее программная реализация, которая дала возможность ускорить процесс отладки работы подсистемы связи до 15 раз;

5. Разработанные новые низкоуровневые модели СтнК позволили провести апробацию алгоритмов маршрутизации в СтнК для циркулянтных топологий, что является основой для обоснования применимости циркулянтных топологий в качестве топологической основы для построения подсистемы связи для СтнК.

6. Разработанные новые низкоуровневые модели позволили исследовать СтнК с циркулянтными топологиями, благодаря чему было показано уменьшение аппаратных затрат на реализацию подсистемы связи до 30% по использованию регистров памяти и логических ресурсов по сравнению с классическими регулярными топологиями за счет применения циркулянтных графов как топологической основы СтнК.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Новый подход к низкоуровневому моделированию подсистемы связи СтнК позволил проводить исследование СтнК с количеством узлов до 200 с использованием любых топологий и алгоритмов маршрутизации;

2. Новая методология синтеза низкоуровневых моделей СтнК на основе прототипа ядра низкоуровневой модели подсистемы связи СтнК, которая позволила автоматически синтезировать параметрические модели СтнК, за счет чего процесс отладки работы подсистемы связи СтнК ускорился до 15 раз;

3. Метод редуцирования модели СтнК, позволяющий проводить моделирование подсистемы связи СтнК без необходимости использования вычислительных IP-блоков для генерации пакетов данных;

4. Разработанная САПР позволяет автоматизировать параметрический синтез низкоуровневых моделей подсистемы связи СтнК, облегчает подключение компонентов СтнК к подсистеме связи, обеспечивает унифицированное использование специализированных алгоритмов как в высокоуровневых, так и в низкоуровневых моделях, обработку и хранение данных моделирования, а также обеспечивает непрерывность процесса проектирования СтнК;

5. Новые походы и методы автоматизации сквозного проектирования СтнК от параметрического описания до прототипа на ПЛИС позволили ускорить процесс разработки подсистемы связи СтнК до 15 раз и обеспечить согласованность результатов моделирования на всех этапах проектирования;

6. Разработанное программное обеспечение САПР позволило создать новые низкоуровневые модели подсистемы связи, за счет чего впервые проведено низкоуровневое исследование циркулянтных топологий и алгоритмов маршрутизации, в результате анализа которых было обосновано применение циркулянтных топологий в качестве топологической основы для построения подсистемы связи для СтнК.