Краткая аннотация

Современные вычислительные нагрузки (искусственный интеллект, графика, компьютерное зрение, магистральные сети) предъявляют повышенные требования к процессорам в части производительности и вычислительной эффективности. Для удовлетворения данных требований востребованы микропроцессоры и системы-на-кристалле, включающих в себя сотни и тысячи легковесных специализированных процессорных ядер, интегрированных с помощью сложной коммуникационной инфраструктуры.

Данный проект включает в себя практическое изучение принципов проектирования архитектуры массово-параллельных систем на кристалле, высокоуровневому моделированию, специализации вычислительных ядер и коммуникационной инфраструктуры, а также разработку вспомогательных инструментальных средств, обеспечивающих эффективную использование вычислительных ресурсов массово-параллельной СнК.

Направления работы

1. Разработка легковесного специализированного процессорного ядра для массово-параллельной системы-на-кристалле.
   Примеры решаемых задач:
   • провести моделирование и/или профилирование выполнения целевой вычислительной нагрузки (по выбору студента) на ядре общего назначения, выявить “горячие” элементы данной нагрузки;
   • разработать расширение открытой системы команд RISC-V, ускоряющей выявленные “горячие” элементы вычислительной нагрузки;
   • реализовать аппаратное ускорение для процессорного ядра с архитектурой RISC-V Syntacore SCR1;
   • модифицировать программное обеспечение, задействовав разработанное расширение;
   • реализовать прототип массово-параллельной системы-на-кристалле на основе ПЛИС;
   • произвести оценку производительности и энергоэффективности разработанного решения.
2. Разработка коммуникационной инфраструктуры для массово-параллельной системы-на-кристалле.
   Примеры решаемых задач:
   • реализовать и произвести оценку эффективности интеграции легковесных процессорных ядер с архитектурой RISC-V Syntacore SCR1 на основе общей памяти;
   • реализовать и произвести оценку эффективности интеграции легковесных процессорных ядер на основе когерентных кэшей;
   • реализовать и произвести оценку эффективности интеграции легковесных процессорных ядер на основе сети-на-кристалле с регулярной или нерегулярной топологией;
   • реализовать и произвести оценку эффективности интеграции легковесных процессорных ядер на основе специализированных расширений системы команд;
   • выявить оптимальную комбинацию коммуникационных механизмов для эффективной реализации целевой вычислительной нагрузки.

Стек технологий

1) User and Organizations

• Инструменты гибкой разработки Agile, Scrum, Kanban
• Тайм-менеджмент и планирование временем

2) System Architecture and Infrastructure

• Методы проектирования встроенных и кибер-физических систем
• Организация параллельных и распределенных вычислений
• Платформо-ориентированная разработка

3) Software Development

• Программирование на языках C, Python

4) Hardware

• Язык описания аппаратуры SystemVerilog HDLв
• Разработка системных моделей процессоров, моделей на уровне транзакций (TLM) и на уровне регистровых передач (RTL)
• Проектирование под ПЛИС/FPGA

Кем станет студент по завершению магистратуры

В зависимости от выполняемых задач внутри проекта выпускник может стать:

• архитектором систем на кристалле
• инженером-проектировщиком цифровой аппаратуры (Hardware Logic Designer)
• инженером-проектировщиком систем на ПЛИС/FPGA

Пререквизиты (входные требования)

Для участия в проекте необходимы базовые знания по следующим направлениям:

• цифровая схемотехника
• программирование на языках C/ASM, Python
• архитектура компьютера