Equipe de recherche CAIRN

Systèmes sur puce reconfigurables : architectures, algorithmes et compilation

Présentation de l'équipe

L'équipe CAIRN a pour objectif d'étudier l'architecture des systèmes sur puces intégrant des accélérateurs de calcul dédiés ou reconfigurables, tant d'un point de vue des concepts matériels et logiciels que des méthodes de conception ou de synthèse de haut-niveau.

Les systèmes reconfigurables dynamiquement, i.e. dont la configuration matérielle peut être modifiée avant et même au cours de l'exécution, font l'objet d'une attention grâce aux possibilités offertes par les circuits reprogrammables FPGA et plus récemment avec l'apparition de processeurs reconfigurables. (Dans un circuit FPGA, une configuration matérielle particulière est obtenue en chargeant un train binaire qui sert à paramétrer des éléments logiques pour réaliser des fonctions matérielles spécifiques. À la différence du FPGA qui est fait d'éléments logiques élémentaires, le processeur reconfigurable est constitué d'opérateurs arithmétiques « gros grain », c'est l'interconnexion entre ces opérateurs qui est configurable.)

Les évolutions récentes en matière de technologie de circuits intégrés et de systèmes matériels amplifient l'intérêt pour l'utilisation de systèmes intégrés reconfigurables, en particulier dans les systèmes sur puce de prochaine génération. En effet grâce à leur capacité de reconfiguration logicielle et matérielle, ils permettent une adaptation rapide à des changements algorithmiques ou de nouveaux standards. De plus, leur capacité d'adapter dynamiquement leur structure matérielle pour une meilleure adéquation à l'application exécutée permet des gains de plusieurs ordres de grandeurs en termes d'énergie consommée.

Les défis posés par l'utilisation de ces systèmes reconfigurables sont nombreux. Ils concernent la structure des éléments de base de l'architecture, les possibilités de reconfiguration, les outils de compilation ou de synthèse.

CAIRN est une équipe commune à l'Inria, à l'université de Rennes 1, à l'ENS Cachan et au CNRS ; elle est bi-localisée à Lannion et Rennes.

Axes de recherche

L'équipe CAIRN aborde l'étude des architectures reconfigurables sous trois angles : la conception de nouvelles plates-formes reconfigurables, les outils logiciels de compilation et de synthèse associés ainsi que l'exploration de l'interaction entre les algorithmes et les architectures matérielles.

    • Conception d'architectures reconfigurables et de systèmes-sur-puce spécifiques à un domaine d'application en se focalisant sur l'efficacité énergétique, le comportement dynamique et la gestion de la reconfiguration
      • Langages de description d'architectures reconfigurables
      • Gestion flexible de la reconfiguration, lien avec le système d'exploitation
      • Structure mémoire reconfigurable
      • Opérateurs arithmétiques flexibles
      • Accélérateurs multi-modes
    • Conception de techniques de compilation, de synthèse et de transformations de code associées à ces architectures
      • Compilation par reconnaissance de motifs
      • Synthèse d'accélérateurs pour nids de boucles depuis C
      • Transformations automatiques virgule flottante vers virgule fixe
      • Synthèse d'accélérateurs multi-modes
    • Optimisations sous contraintes d'énergie et de ressources d'algorithmes de traitement du signal, interaction algorithmes architectures
      • Évaluation analytique de la précision des systèmes virgule fixe
      • Pre-codage pour les systèmes 4G/MIMO
      • MIMO coopératif pour les réseaux de capteurs
      • Génération de nombres vraiment aléatoires à haut-débit

Nos domaines d'applications sont ceux des télécommunications mobiles, des réseaux de capteurs sans-fil, de la sécurité et de la vidéo.

Logiciels

Relations industrielles et internationales

Les membres de l'équipe CAIRN sont impliqués dans plusieurs projets nationaux et internationaux :
  • ITEA2 - GEODES: Global Energy Optimisation for Distributed Embedded Systems (2008-2011)
  • Nano2012 S2S4HLS Source-to-Source Transformations for High-Level Synthesis
  • Nano2012 RECMOTIFS Pattern Recognition for Automatic Generation of Specialized Accelerators for Multimedia Applications
  • ANR Architectures du Futur - CIFAER: Flexible Intra-Vehicule Communications and Embedded Reconfigurable Architectures (2008-2011)
  • ANR Architectures du Futur - FOSFOR: Flexible Operating System FOr Reconfigurable platform (2008-2011)
  • Pôle Images et Réseaux - SPRING: Shelf Proof Random Integrated Number Generator (2008-2009)
  • Pôle Images et Réseaux - Transmedia: Video transcoding on reconfigurable platforms (2008-2010)
  • ANR Technologies Logicielles SoCLib: An Open Modeling and Simulation Platform for System-on-Chip Design (2007-2010), http://soclib.lip6.fr
  • ANR Architectures du Futur - ROMA: Reconfigurable Operators for Multimedia Applications (2007-2010), http://roma.irisa.fr/
  • ANR Telecom SVP: SurVeiller et Prévenir (2006-2008), http://svp.irisa.fr/
  • ANR Actions de Recherche Amont SSIA - OverSoc (2005-2008), http://oversoc.ensea.fr/
  • ANR Multimedia Semim@ge (2007-2010)
  • PEPS CNRS with ENS Cachan/SATIE on energy scavenging and power software management in the human environment
  • PEPS CNRS FiltrOptim with ENS Lyon/LIP on Efficient and robust signal processing: optimization of digital filter synthesis in fixed-point and floating-point arithmetic
  • Fastnet: Fast Adaptative Secure Technology for high-speed NETwork (2005-2008)
  • CAPTIV: Consommation et strAtégies cooPératives pour les Transmissions entre Infrastructure et Véhicules (2006-2008), http://captiv.irisa.fr/
L'équipe CAIRN a actuellement des collaborations nationales ou internationales avec les laboratoires, université ou instituts suivants :
  • INRIA: Pops, Swing, Arenaire, Espresso, Symbiose, TexMex
  • SATIE (ENS Cachan), LEAT, Lab-Sticc (UBO, UBS), ETIS, LIP6, IETR, Ireena, Telecom Bretagne
  • CEA List, CEA Leti
  • GdR SOC-SIP (System On Chip - System In Package), GdR ISIS (Information Signal ImageS), GdR ASR (Architecture Système Réseau)
  • Equipe associée INRIA ASTER avec l'Université Laval (Québec, Canada),
  • Projet CoMap avec les Universités d'Erlangen-Nuremberg et de Dresden (Allemagne)
  • IMEC (Belgique), Colorado state U. (USA), University of Québec (Trois-Rivères, Canada), Lund U. (Suède), U. Girona (Espagne), UC Riverside (USA), University College Cork (Ireland), University of Massachusetts (USA), University of Adelaide (Australia), University of Colorado State, Fort-Collins (USA), Los Alamos National Laboratory (USA), University of Queensland (Australia)
  • U. of Yaoundé (Cameroun), U. Tunis (Tunisie), ENPA (Algérie)
L'équipe CAIRN a actuellement des collaborations avec des industriels ou des PME tels que STmicroelectronics, Thomson, Alcatel-Lucent, Orange Labs, Thales, Atmel, Xilinx, Phillips, Infineon, Envivio, Geensys, Aphycare Technologies, SmartQuantum, R-interface, Sensaris, Ditocom, Sestream, Eca-Faros.

Mots-clés : Système embarqués Systèmes sur puce Architectures reconfigurables Accelerateurs matériels Synthèse de haut-niveau Parallélisation de boucles Compilation flexible Faible consommation d’énergie

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