Multicore

Der Übergang von Einkern- zu Mehrkernprozessoren wird die Entwicklung von Software nachhaltig beeinflussen. Programmierparadigmen, -sprachen und -werkzeuge werden durch die Notwendigkeit zur parallelen Ausführung von Software geprägt werden. Bereits heute ist bei der Entwicklung rechenintensiver Anwendungen fundiertes Wissen über Parallelisierung notwendig. In naher Zukunft wird dies für jegliche Software gelten.

Um Unternehmen bei dieser Herausforderung optimal unterstützen zu können, wurde am FZI das strategische Projekt „Multicore“ ins Leben gerufen. Ziel des Projekts ist es, vorhandene Kompetenzen im Bereich der Softwareentwicklung für Multicore/Manycore-Systeme auszubauen und das FZI als primären Ansprechpartner für Multicore/Manycore-Themen in der Region zu etablieren.

Leistungssteigerung durch parallele Systeme

Die Ära der Multicore-Prozessoren hat bereits begonnen:

• Für Desktop-PCs und Server sind quasi keine Singlecore-Prozessoren mehr im Handel.
• Für eingebettete Systeme werden Singlecore-Prozessoren immer seltener genutzt.

Bis vor kurzem konnte die Rechenleistung von Prozessoren in regelmäßigen Abständen durch implizite Parallelität und höhere Taktfrequenzen gesteigert werden. Insbesondere durch die steigenden Taktfrequenzen liefen Anwendungen mit jeder neuen Prozessorgeneration schneller. Heute lassen sich höhere Taktfrequenzen wegen des hohen Energiebedarfs und der dadurch bedingten thermischen Probleme der Prozessoren jedoch kaum noch erzielen. Dank kontinuierlichen technologischen Fortschritts steigt die Zahl der Transistoren pro Chip weiter. Allerdings sind der impliziten Parallelität – bei der Funktionseinheiten vervielfacht und somit Instruktionen implizit parallel ausgeführt werden – enge Grenzen gesetzt, denn die meisten Instruktionen eines Algorithmus sind auf Ergebnisse vorheriger Instruktionen angewiesen. Die steigende Zahl verfügbarer Transistoren wird deshalb genutzt, um mehrere parallel arbeitende Prozessorkerne auf einem Chip zu integrieren.

Eine größere Anzahl an verfügbaren Prozessorkernen führt jedoch nicht automatisch zu schnelleren Anwendungen. Entwickler müssen die Parallelität in ihren Anwendungen explizit ausnutzen:

• Parallelisierung bestehende Anwendungen
• Entwicklung neuer Anwendungen, die Parallelität ausnutzen

Forschungsziele

In einem interdisziplinären Team stellt sich das FZI den Herausforderungen durch den Einsatz von Multicore-Prozessoren. Schwerpunkte der Forschung sind:

Software Engineering

• Aufwandsschätzung zur Parallelisierung bestehender Software bzw. zur Neuentwicklung von Multicore-Software
• Bewertung und Entwicklung von Programmierparadigmen und -sprachen für Multicore-Software
• Auto-Tuning von Multicore-Software – dynamische Anpassung von Anwendungen an verschiedene Prozessoren, z. B. Anzahl der Threads, Cache-Nutzung, etc.
• Vorgehensmodelle für die Konzeption paralleler Systeme

Eingebettete Systeme

• Abbildung von Prozessen auf Prozessorkerne anhand der ausgetauschten Daten
• Analyse und Abbildung von Daten auf verteilte Speicherarchitekturen
• Optimierung der Kommunikation zwischen Prozessorkernen zur Reduktion der Latenz bei Speicherzugriffen

Forschungsaktivitäten

Im Rahmen des Projektes werden existierende Verfahren zur Bilderkennung im Straßenverkehr parallelisiert/weiterentwickelt. Im Mittelpunkt steht dabei der Einsatz von Mehrkernprozessoren. Als Entwicklungsplattformen kommen Intel x86 und Tilera TILEPro64 zum Einsatz.

Konkrete Verfahren:

• Interpretation der statischen Fahrzeugumgebung
• Live-Kalibrierung einer aktiven Stereokamera
• Low-Level Bildverarbeitungsalgorithmen (IVT-Bibliothek )
• Dichte Disparitätsschätzung mittels einer Stereokamera
• Schätzung eines dichten optischen Flusses

 

Ein Teil der weiterentwickelten Verfahren wird im TAA-Projekt zum Einsatz kommen.

Weitere Informationen

Das FZI beteiligt sich an der internationalen GI-Arbeitsgruppe: Software Engineering for parallel Systems (SEPARS)

Am Projekt sind folgende Abteilungen/Bereiche des FZI

• TKS (Prof. Dr. Zöllner)
• SE (Prof. Dr. Tichy)
• SIM (Prof. Dr. Rosenstiel)

bzw. des KIT

• IFA (Prof. Dr. Dillmann)
• IMR (Prof. Dr. Stiller)

beteiligt.

Download des Projekt-Flyers (PDF-Datei)

Ansprechpartner

Dipl.-Inform. Oliver Denninger
Telefon: +49 721 9654-270
Fax: +49 721 9654-271
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