Zukunftstechnologie Multicore

Zukunftstechnologie Multicore: Rechenpower parallel, hochverfügbar und sicher

Projektbeschreibung

Das Projekt befasst sich mit der Entwicklung von Sicherheitsmechanismen, Funktionen und Diensten für hochverfügbare Multicoreprozessorsysteme. Multicoreprozessorsysteme sind eingebettete Systeme, bei denen in einem Chip mehrere Prozessoren parallel arbeiten.

Da der Entwicklungsaufwand solcher Systeme sehr komplex ist, sind die die Hürden für die Nutzung dieser Technologie für kleinere Unternehmen sehr hoch.  Daher sollen in diesem Projekt die notwendigen Werkzeuge zur Modellierung, dem Entwurf und der Analyse einer sicherheitskritischen Anwendung auf Multicoreprozessoren entwickelt werden und die technische Funktionen eines Multiprozessor-Echtzeitbetriebssystems erweitert werden.

Dazu gehören auf Seiten des Betriebssystems die Entwicklung spezifischer Sicherheitsmechanismen für die verlässliche Kommunikation zwischen Tasks, als auch die dynamische Allokation derselben womit hochverfügbare System realisiert werden können. Dies wird unterstützt durch Modellierungswerkzeuge für Architekturen, System- und Sicherheitsanforderungen als auch durch eine Laufzeitumgebung und Analysewerkzeuge zur Task-Ausführung, der System- und Speicherauslastung und -Zuteilung.

Seit den 1970er Jahren war das mooresche Gesetz die Triebfeder für die Leistungssteigerung in integrierten Schaltkreisen. Während die Hardwareentwicklung dieser selbsterfüllenden Prophezeiung bis zum Jahr 2004 primär durch Erhöhung der Taktfrequenz nachkam, so stößt die weitere Miniaturisierung an physikalische Grenzen, welche eine signifikante Erhöhung der seriellen Durchsatzleistung in absehbarer Zukunft als unwahrscheinlich erscheinen lässt. Die Hardwareentwicklung reagiert auf die Forderung nach höherer Leistung und setzt seit dem Jahr 2004 vermehrt auf die Implementierung mehrerer Rechenkernen auf einem physikalischen Schaltkreis, sogenannte Multicore Systeme.

„Für die Umstellung auf die Multicore Technologie im embedded Bereich wird trotz ihrer Vorteile ein drastisch steigender Entwicklungsaufwand erwartet. So wird mit einer Steigerung der Entwicklungskosten um den Faktor 4.5 und einer Steigerung des Personalbedarfs um den Faktor 3 gerechnet“ [S. Balacco und C. Rommel, „Next Generation Embedded Hardware Architectures,“ in VDC Research, 2010.]. Die Folge daraus ist, dass Multicore Lösungen heute primär von großen Konzernen wie Automobil-Zulieferern eingesetzt werden. Kleinere Unternehmen können diese Aufwände nicht aufbringen und verlieren zunehmend den Anschluss an die Technologische Entwicklung.

Aus diesen Faktoren ergeben sich die folgenden Projektziele:

  • Definition von Prozessen und Methodiken für den Systementwurf in kleinen und mittleren Unternehmen.
  • Unterstützung von KMU’s bei der Einführung von Multicore Technologie durch die Bereitstellung von einfach zu nutzenden Entwicklungswerkzeugen
  • Unterstützung von KMU’s bei der Nutzung von Multicore Controllern für sicherheitskritische Anwendungen durch die Erstellung von Referenzarchitekturen
  • Entwicklung eines dynamisch rekonfigurierbaren Echtzeitbetriebssystems mit Unterstützung sicherheitskritischer Funktionen
  • Entwicklung einer Laufzeitumgebung und Architekturmuster zur Implementierung von Systemen welche Fail-Safe und High-Availability Anforderungen erfüllen.

Weitere Informationen

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Peter Fromm

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Peter Fromm