Otimização de mapeamento e posicionamento para sistemas dinamicamente reconfiguráveis baseados em NoCs utilizando-se a meta-heurística busca tabu.

• Autor(a) principal: Novaes, Guilherme Apolinario Silva
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-29032022-104547/
• topic: Dynamic reconfigurable systems; Inteligência artificial (Mapeamento); Mapping and positioning in NoCs; Microeletrônica; Network-on-chip; Quadractic assigment problem; Redes intrachip; Sistemas dinâmicos; Tabu search

Sistemas Dinamicamente Reconfiguráveis (SDR) têm recebido aceitação crescente ao longo dos últimos anos, uma vez que esta tecnologia aumenta a flexibilidade na ocupação do hardware, geralmente implementada sobre Field Programable Gate Array (FPGA). Concomitantemente, ocorreu a ascensão dos Sistemas-sobre-Silício (do inglês, Systems-on-Chip, SoCs), devido ao crescimento na densidade lógica dos circuitos integrados, implicando na construção de sistemas sobre chip mais complexos, através da unificação destes circuitos menores, portadores de tarefas, em um único chip com módulos processantes (MPs). Diversos paradigmas foram utilizados na comunicação em uma SoC, sendo as redes intrachips (do inglês, Network-on-Chip, NoCs) um dos mais investigados nos últimos anos, devido à sua eficiência em SoCs contendendo muitos IP cores criando-se os Sistemas-Sobre-Silício baseados em redes intrachip (SoC-NoCs). Para a implementação de SDR-NoCs eficientes em termos de parâmetros de desempenho como velocidade e consumo de potência, é imprescindível realizar durante o seu projeto, o mapeamento de tarefas da aplicação considerada a módulos processantes (MPs), definindo as melhores vizinhanças entre si; seguido do posicionamento otimizado dos MPs em termos de espaço, dentro de uma região válida no chip. Por conta da alta escalabilidade das NoCs e capacidade de reconfiguração, tais tecnologias foram alinhadas, criando-se as arquiteturas SDRs baseadas em NoC (SDR-NoCs). Tal arquitetura pode ser classificada em simples, com topologias de NoC regulares e diretas, e MPs de áreas homogêneas; ou complexas, com topologias de NoC irregulares e indiretas, e MPs, implementados por IP cores de áreas heterogêneas, sendo uma arquitetura mais realista. Segundo o nosso conhecimento, o mapeamento e posicionamento de SDR-NoCs Complexas foi apenas tratado com a utilização de Algoritmo Genético. Entretanto, diversas pesquisas apontam que este mesmo problema, para SDR-NoCs simples e NoCs não-SDR simples, a utilização dos algoritmos da família Busca Tabu trazem melhores resultados de otimização. Neste trabalho são apresentadas alternativas para o mapeamento e posicionamento de SDR-NoCs Complexas, através de seis tipos de algoritmos da família Busca Tabu (do inglês, Tabu Search, TS), sendo quatro deles originalmente introduzidos neste trabalho. Além disso, uma aproximação matemática sobre o problema de mapeamento e posicionamento das SDR-NoCs também é feita, mostrando que este é uma variação do problema da associação quadrática (do inglês, Quadratic Assignment Problem, QAP), justificando-se assim o uso dos algoritmos da família TS. Uma série de análises estatísticas também são feitas sobre os resultados dos algoritmos, obtidos por amostragem, a fim de apresentar a consistência de cada um deles para encontrar a melhor solução, comparando-os à solução mínima, encontrada através de um algoritmo determinístico de tempo não polinomial. Os resultados mostram que, considerado todos o benchmarks utilizados, a média do melhor caso obtido com o algoritmo FI-adaTS atingiu 31%, sobre o a média do melhor caso. Além disso, também foi alcançada uma melhora de até aproximadamente sete vezes sobre o tempo de execução.