Kommunizierende Kerne im Projekt DEVPATS

Projekt DEVPATS

Drei Jahre beschäftigte sich ein Team aus dem Forschungsschwerpunkt Embedded Systems mit der Synchronisation von Prozessorkernen innerhalb von Mehrkernprozessoren. Die Ergebnisse fließen nun in die Lehre und weitere Forschungsprojekte ein.

Seit der Jahrtausendwende gibt es in der Chipentwicklung die Tendenz, mehrere Prozessorkerne auf ein- und dieselbe Chipfläche zu bauen. Diese sogenannten Mehrkernprozessoren (engl. Multicore) haben mittlerweile in unserem Alltag Einzug gehalten und kommen in Handys und PCs ebenso zum Einsatz wie im industriellen Umfeld. In der Regel werden mehrere Prozessoren desselben Typs verbaut.

„Der Vorteil dieser sogenannten homogenen Systeme ist, dass es sich um leistungsfähige Chips handelt, die alle Aufgaben gut, aber keine Aufgabe perfekt erledigen können“, sagt DI Matthias Wenzl, BSc, Leiter des von der Magistratsabteilung 23 der Stadt Wien geförderten Forschungsprojekts DEVPATS (Design and Verification Patterns) an der FH Technikum Wien. Um zum Beispiel phasenweise eine höhere Leistung oder insgesamt eine längere Akkulaufzeit zu erzielen, wäre es von Vorteil, unterschiedliche Prozessorkerne einzusetzen. Während in den homogenen Systemen also mehrere „Allrounder“ im Einsatz sind, könnte man heterogene Systeme aus unterschiedlichen „Spezialisten“ bauen.

Softwarebibliothek und Simulationsmodell

Wie können diese Kerne kommunizieren und sich aufeinander abstimmen? Mit dieser Frage beschäftigte sich das Projektteam aus Wenzl und seinen Kollegen Harald Schuster, MSc, und Christian Obermayer, MSc, vom Institut für Embedded Systems im Rahmen des dreijährigen Projekts. Sie konnten wertvolle Erkenntnisse gewinnen.

So bauten sie eine Softwarebibliothek auf, die auf der Theorie asynchron verteilter Systeme basiert und die internationalen Standards der Multicore Association, eines wegweisenden Industriekonsortiums, berücksichtigt. Zusätzlich entwickelten sie ein Simulationsmodell. „Damit können wir heterogene Systeme simulieren, denn diese Chips sind teils noch gar nicht entwickelt, teils sehr teuer“, erklärt Wenzl.

Es handelt sich um grundlagenorientierte Forschung in einem relativ jungen Bereich. Die Ergebnisse sind dementsprechend nicht für die unmittelbare Anwendung in der Industrie gedacht. Stattdessen kommen sie einerseits in der Lehre zum Tragen. Den Studierenden kann Hintergrundwissen vermittelt werden, das exklusiv an der FH Technikum Wien vorhanden ist. Andererseits greifen weitere Forschungsprojekte auf die Softwarebibliothek und das Simulationsmodell zurück, allen voran das Josef Ressel Zentrum für Verifikation von eingebetteten Computersystemen.