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Abstrakt in Englisch

Modern mobile communication standards are characterized by continuously increasing signal processing complexity and strict energy-efficiency, latency and performance requirements. To fulfill these conflicting requirements, heterogeneous multiprocessor system on chips are used, which embed specialized and programmable cores for time critical and complicated computation tasks. An integration of these heterogeneous processing elements in combination with intelligent DMA-Controllers can further increase the system throughput as well as energy efficiency of the multiprocessor. In this work, a multiprocessor system on chip containing several heterogeneous processing elements controlled by a dedicated scheduler for task dispatching is investigated. In these systems, the central scheduler is a bottleneck that limits the performance due to its managing tasks. Hence, this work analyzes concepts to increase the system performance in heterogeneous multiprocessors. As a suitable solution to reduce the managing overhead at the central scheduler, a controller is integrated into the heterogeneous processing elements in order to allow local task management and configuration. Subsequently, the managing overhead at the central scheduler is reduced, resulting in increased system performance. Furthermore, mechanisms for data preprocessing in upcoming cloud computing workload hosted in basestations, e.g. database processing, are studied. Therefore, functionality for data selection, data modification on bit-level and data distribution to processing elements are integrated in an intelligent DMA-Controller. Thus, recurring workloads at the processing elements are reduced and the system performance is enhanced. To further increase the system performance an extension of the intelligent DMA-Controller for processing of dynamic datastructures, which are often used in database systems, is investigated. This allows preprocessing of datasets directly at the memory by the intelligent DMA-Controller. Additionally, another mechanism is analyzed in order to also accelerate applications based on the frequently used client-server model. The integration of these mechanisms into the DMA-Controller again leads to significant performance increase of the multiprocessor system.

Abstrakt in Deutsch

Die ständig steigenden Anforderungen von Mobilfunksystemen in Bezug auf Energieeffizienz, Datendurchsatz und Latenzzeiten sowie eine komplexere Signalverarbeitung erfordern zunehmend leistungsfähige Mehrprozessorsysteme. Dazu werden heute heterogene Mehrprozessorsysteme eingesetzt, die besonders für zeitkritische und rechenintensive Berechnungsaufgaben eigens zugeschnittene, programmierbare Prozessoren besitzen. Darüber hinaus ist in Verbindung mit intelligenten DMA-Controllern eine weitere Verbesserung des Datendurchsatzes und der Energie-Effizienz möglich. In dieser Arbeit wird ein Mehrprozessorsystem untersucht, das aus heterogenen Verarbeitungseinheiten und einem der Aufgabenverwaltung gewidmeten Prozessor (Task Scheduler) besteht. In den betrachteten Systemen bildet dieser Scheduler einen die Performance limitierenden Engpass. Aus diesem Grund werden in dieser Arbeit Konzepte zur Steigerung der Performance in heterogenen Mehrprozessorsystemen untersucht. Dabei werden Controller in die Verarbeitungseinheiten integriert, die eine lokale Taskverwaltung und Konfiguration der heterogenen Prozessoren ermöglichen und dadurch den zentralen Scheduler entlasten. Für die zukünftig notwendige Bereitstellung von Rechenkapazitäten für Funktionen des Cloud-Computings in Mobilfunk-Basisstationen - zum Beispiel für Datenbankanwendungen - werden zusätzliche Verfahren der Vorverarbeitung von Daten im Controller untersucht. Dafür werden beispielsweise Funktionen zur Selektion aus Listen, zur Datenmodifikation auf Bit-Ebene und zur Verteilung zwischen verschiedenen Verarbeitungseinheiten in einem intelligenten DMA-Controller integriert. Auf diese Weise wird die Verarbeitungseinheit von wiederkehrenden, einfachen Aufgaben entlastet und in der Folge die Performance des Gesamtsystems wesentlich gesteigert. Eine weitere Performancesteigerung kann durch Vorverarbeitung von dynamischen Datenstrukturen, zum Beispiel von verketteten Listen, die ebenfalls häufig in Datenbanksystemen zum Einsatz kommen, erreicht werden. In diesem Fall erfolgt eine beschleunigte Verarbeitung dieser Datenstrukturen direkt am Speicher mit dem intelligenten DMA-Controller. Darüber hinaus wird eine zusätzliche Erweiterung untersucht, um neben Datenflussanwendungen auch das häufig eingesetzte Client-Server-Modell auf heterogenen Mehrprozessorsystemen abzubilden. Auch hier wird eine verbesserte Performance des Mehrprozessorsystems nachgewiesen.