Embedded Systems Computer Architecture an der Karlsruher Institut für Technologie

Karteikarten und Zusammenfassungen für Embedded Systems Computer Architecture im Mobility Systems Engineering and Management Studiengang an der Karlsruher Institut für Technologie in Heidelberg

CitySTADT: Heidelberg

CountryLAND: Deutschland

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GPU principle

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Multi instruction multi data (MIMD)

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OpenMP

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Processor requirements for embedded

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Latency

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System-on-Chip (SoC)

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Application Specific Instructionset Processor (ASIP)

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Network-on-Chip

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Bus types

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Digital signal processor (DSP)

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Cache

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Field Programmable Gate Arrays (FPGA)

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Embedded Systems Computer Architecture

GPU principle

  1. Strip down CPU to simple Fetch/Decode, ALU and Register set
  2. Use SIMD approach to pack multiple ALUs and Contexts to one Fetch Decode unit (Called Core)
  3. Use multiple context sets for hardware supported context switching to prevent stalls
  4. Use many of those cores in parallel

Embedded Systems Computer Architecture

Multi instruction multi data (MIMD)

  • Shared memory (uniform memory access)
  • Distributed memory 
    • No remote memory access (NoRMA) ➔ does not scale
    • Non-Uniform memory access (NUMA) shared address space

Embedded Systems Computer Architecture

OpenMP

Set of compiler directives & library functions for parallelization on thread and loop level ➔ Accelerated development, high portability BUT data dependencies not recognized

Embedded Systems Computer Architecture

Processor requirements for embedded

  • Low power consumption
  • Scalability
  • Integrated I/O

Embedded Systems Computer Architecture

Latency

Time instruction takes to pass all pipeline stages

Embedded Systems Computer Architecture

System-on-Chip (SoC)

Combine different parts of the logic onto one chip and use predefined IP blocks

Embedded Systems Computer Architecture

Application Specific Instructionset Processor (ASIP)

  • Use standard processor architecure and adapt to own needs
  • Introduce custom execution units and instructions for using those

Embedded Systems Computer Architecture

Network-on-Chip

Connect each component with a NOC router that control transmission

  • Packet oriented (transmit packetes)
  • Connection-oriented (Open full connection)

Embedded Systems Computer Architecture

Bus types

  • Serial
  • Parallel

On Chip: AMBA AHB, APB (high speed, low speed) ➔ One master slave communication

Embedded Systems Computer Architecture

Digital signal processor (DSP)

  • Data flow dominated code
  • Parallization possible 
  • Rregular operations on multidimensional data fields
  • High throughput

➔ Parallel instructions (Multiply & Accumulate), Zero overhead loops

Embedded Systems Computer Architecture

Cache

  • Reduce access time to memory
  • Implemented in cache lines storing multiple data
  • Cache hit, data available in cache
  • Cache miss, data needs to be loaded

Embedded Systems Computer Architecture

Field Programmable Gate Arrays (FPGA)

  • Predefined logic gates that get customized
  • LUTs realize Boolean function (CLB, configurable logic block)
  • CLBs connected through Programmable switch matrix (PSM) that can be customized
  • Today FPGA have additional units for dedicated tasks (multiplyer)
Gradient

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Electronic System Synthesis

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