Проектная магистратура Университета ИТМО

NITTA - система проектирования специализированных процессоров


Руководитель от Университета ИТМО: Пенской Александр Владимирович, Университет ИТМО

Набор в этот проект закончен.

The English text is presented below

Мы создаем инструментарий для синтеза и программирования специализированных не фон Неймановских процессоров для ускорителей, систем на кристалле, встроенных и киберфизических систем. В основе проекта лежит оригинальная Not Instruction Transport Triggered Architecture, которая даёт:

  • высокий уровень параллелизма для нерегулярных алгоритмов (где не подходит GPU);
  • программируемость на языке высокого уровня прикладными специалистами;
  • жесткое реальное время;
  • аппаратную реконфигурацию под разные прикладные области.

Фишки нашего проекта:

  • он открытый (ваш вклад будет на GitHub, а значит в портфолио);
  • коллективная разработка, выстроенные (автоматизированные) процессы;
  • он касается большинства разделов вычислительной техники;
  • классный технологический стек;
  • участники проекта могут претендовать на титул “всем фулстекам фулстек” (от цифровой схемотехники через системное программирование к веб-приложениям).

Сайт проекта: [Aleksandr Penskoi | NITTA]

GitHub: [GitHub - ryukzak/nitta]

Решаемые технические проблемы

  • Одной из областей применения NITTA является моделирование динамических процессов (физические, экономические, биологические). Сегодня набирает популярность свободный язык моделирования XMILE и нам нужно его поддержать.
  • Система управления специализированными процессорами, позволяющая просто и эффективно интегрировать их в существующие системы.
  • Синтез процессора требует рассмотрения огромного количества вариантов организации будущего вычислителя. Сейчас он делается при помощи целевой функции, но методы машинного обучения могут дать лучшие результаты.
  • В настоящий момент САПР поддерживает архитектуру процессоров только с одной сетью, которая становится бутылочным горлышком. Поддержка множества взаимосвязанных сетей в процессоре решит это проблему.
  • В настоящий момент процессора могут работать только с числами с фиксированной точкой, но широкое использование требует поддержки плавающей точки. Это требует решение множества задач как в рамках аппаратуры, так и в рамках САПР.
  • Одна из сложнейших задач разработки ПО – тестирование, особенно таких сложных программ. Автоматизация и развитие методов автоматического тестирования – неотъемлемая часть нашего проекта, которая включает: PBT, DSL, сквозную типизацию, сквозную симуляцию и т.д.
  • Отладка и развитие САПР требуют прозрачности и наглядности внутренних процессов. Для этого необходимо разрабатывать сложные пользовательские интерфейсы с нетривиальной визуализацией.

Стек технологий

Языки и библиотеки: Haskell, Verilog, Typescript, React, Bootstrap, Python, Rust.

Технологии и приемы: Github, CI, Code Review, FPGA, Quartus, BDD, Embedded Domain-Specific Languages, Property-Based Testing, Machine Learning

React GitHub
React
TypeScript
Haskell
Verilog
GitHub, React, TypeScript для пользовательского интерфейса; Haskell для ядра САПР; Verilog для ПЛИС

Предварительный перечень курсов

Набор курсов может значительно варьироваться в зависимости от области проекта:

  • Функциональное программирование
  • Архитектурное моделирование
  • Организация вычислительного процесса
  • Технологии Web-сервисов
  • Онтологическое моделирование
  • Цифровая схемотехника
  • Проектирование встроенных и киберфизических систем
  • Системная и программная инженерия
  • Процессоры и функциональные ускорители

NITTA - CAD for Hard Real-Time Application Specific Processor

We create tools for synthesizing and programming application-specific non-von Neumann processors for accelerators, embedded and cyber-physical systems, and systems on a chip. The project is based on the original Not Instruction Transport Triggered Architecture, which gives:

  • high level of parallelism for irregular algorithms (where GPU is not suitable);
  • programmability in a high-level language by application specialists;
  • hard real-time;
  • hardware reconfiguration for different application areas.

Features of our project:

  • open-source project (your contribution will be on GitHub);
  • collective development, established (automated) processes;
  • this project covers most sections of computer technology;
  • cool technology stack;
  • project participants can claim the title “full-stack of all full-stacks” (from digital circuitry through system programming to web applications).

Technical tasks

  • One of the application areas of NITTA is the dynamic processes modeling (physical, economic, biological). Today, the open modeling language XMILE is gaining popularity, and we need to support it.
  • A control system for application-specific processors allows you to easily and efficiently integrate them into existing systems.
  • Processor synthesis requires consideration of a huge number of options to determine organization. Now it is done using the objective function, but machine learning methods can give better results.
  • Today, CAD supports processor architectures with only one network, which becomes a bottleneck. Supporting multiple interconnected networks in the processor will solve this problem.
  • Currently, processors can only work with fixed-point numbers, but widespread use requires floating-point support. The solution requires some work on the project CAD and hardware side.
  • One of the most difficult tasks of software development is testing. Automation and development of automated testing methods are an essential part of our project: PBT, DSL, end-to-end typing, end-to-end simulation, etc.
  • Debugging and development of CAD require transparency and clarity of internal processes. As a consequence, we require a complex user interface with complicated visualizations.

Web page: Aleksandr Penskoi | NITTA