Exploration d'architectures multi-cœurs hétérogènes à base de chiplet en développement Open Source

Open Source Heterogeneous Multi-Core Chiplet Architecture Exploration

• Auteur / Autrice : Davy Million
• Direction : Frédéric Petrot, Jonathan Balkind
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Inscription en doctorat le 02/10/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble, Isère, France ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Techniques de l'Informatique et de la Microélectronique pour l'Architecture des systèmes intégrés
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : SLS - System Level Synthesis (Olivier MULLER)

Mots clés

Mots clés libres

Architecture hétérogène

Multi-cœur

Chiplet

Exploration d'architectures

Open Source

Risc-v

Heterogeneous Architecture

Multi-Core

Chiplet

Architecture Exploration

Open Source Hardware

Risc-v

Résumé

Dans les application embarquées, le volume de données à traiter continue à croitre, ce qui nécessite de plus en plus de puissance de calcul. Les architecteurs multicœur permettent de répondre à ce besoin, mais il reste de nombreux défis dans la conception de processeurs multicœur, efficace en énergie et avec un système mémoire cohérent. Actuellement, nous distinguons deux grandes tendances dans le monde de la conception matérielle. En premier, la communauté Open Source est en plein essor et le nombre de processeurs et périphériques disponibles croit rapidement. Le processeur RISC-V (et la réalisation 64-bits CVA6) monte en maturité. Le projet OpenPiton permet d'assembler plusieurs cœurs pour créer un ordinateur multi-cœur avec une mémoire cohérente. Il y a des nouvelles implémentations du RISC-V, telle que Any-Core, en cours de développement et qui proposent des performances plus élevées via des architectures super-scalar. La deuxième tendance est le déploiement plus généralisé des technologies d'intégration 2.5D et 3D. En grande partie, les IPs numériques nécessaires pour réaliser un processeur multi-cœur partitionné en chiplets existent déjà en Open Source, mais avec des niveaux de maturité variables. Ces briques ne sont pas conçues pour une intégration 2.5D/3D et ceci soulève de nombreuses questions architecturales. L'objectif de cette thèse est d'étudier des architectures pour des systèmes de calcul à base de chiplet avec des processeurs hétérogènes. Le candidat prendra en main les briques Open Source qui existent aujourd'hui (CVA6, AnyCore, OpenPiton, AIB,…) et proposera des nouvelles architectures, paramétrables et partitionnées en chiplets. Cette personne étudiera la hiérarchie mémoire et la topologie du NoC. La personne produira un prototype RTL du système, le compilera sur une plateforme d'émulation, et ensuite ferra booter un Linux et évaluera les performances avec des benchmarks pertinents. Cette étude permettra une exploration de l'impact des choix des paramètres et les métriques de performance (conso, puissance de calcul, etc.). La recherche pendant cette thèse sera focalisée sur l'architecture des ordinateurs, et le code développé pendant la thèse sera reversé en Open Source.

Currently, we see two major trends in the world of hardware design community. First, the emergence of a dynamic Open Source community and the number of available processors and peripherals is growing rapidly. The RISC-V processor (and the 64-bit CVA6 implementation) are now very mature. The OpenPiton project makes it possible to assemble a large number of RISC-V cores to build a multi-core system with memory coherency. There are emerging implementations of RISC-V, such as AnyCore, that offer much higher performance due to their super-scalar architecture. The second major trend is the wider deployment of 2.5D and 3D integration technologies. To a large extent, the digital IPs needed to assemble a multi-core computer partitioned into chiplets already exist as Open Source, with variable levels of maturity. These building blocks, were not initially designed for 2.5D/3D integration and this raises many important architectural questions. The focus of this thesis is to study architectures for chiplet-based compute systems with heterogeneous processors. The candidate will start from the existing Open Source IPs (CVA6, AnyCore, OpenPiton, AIB,..) and will propose new, parameterized architectures that can be partitioned into chiplets. The person will carefully study the memory hierarchy and the NoC topology. They will produce an RTL prototype of this system, compile it onto a hardware emulation platform, boot a Linux and evaluate the performance with appropriate benchmarks. This study will include an architecture exploration on the impact of how the different parameters impact performance metrics (power, compute, etc.). The research in this thesis is focused on computer architecture and the code that will be developed will be submitted back as Open Source.