A startup britânica UltraSoC introduziu a tecnologia no chip para rastrear o desempenho do chip sem sacrificar o desempenho. Nós dizemos como a solução funciona.
/ photo 83DegreesMedia CC BYPor que implementar sistemas de monitoramento em um chip
Dispositivos heterogêneos são construídos a partir de vários blocos. Eles podem ser processadores, coprocessadores ou circuitos integrados ASIC. A especialização dos módulos de computação melhora o desempenho de todo o sistema, mas a “composição multicomponente” leva a dificuldades de otimização - cada unidade de hardware requer ajuste.
O problema é exacerbado se os chips forem usados por um grande data center. Monitorar uma vasta infraestrutura não é uma tarefa fácil. Soluções de software especializadas geralmente danificam a eficiência dos sistemas de computação. Por exemplo, o utilitário para medir a largura de banda do canal
iPerf reduz o desempenho da rede em 10 a 15%.
Para resolver esse problema, o UltraSoC implementou ferramentas de monitoramento diretamente no chip. A empresa
desenvolveu vários módulos lógicos de semicondutores, sendo cada um deles responsável por uma das tarefas - monitoramento, depuração e segurança. Os fabricantes de chips podem usar esses módulos e colocá-los no mesmo circuito com processadores, GPUs, interfaces de rede. Isso permite que você colete dados de todos os componentes do chip "no local" sem soluções de software invasivas. Essa tecnologia já foi
adaptada para trabalhar com arquiteturas padrão: do ARM e RISC-V ao MIPS e Xtensa.
Dispositivo do sistema
O UltraSoC
oferece cerca de trinta módulos que podem ser montados dependendo das características de um sistema específico em um chip (SoC). Os módulos são divididos em três classes:
- Blocos de análise - controle e monitore os componentes do chip;
- Blocos de mensagens - Conecte os módulos UltraSoC entre si;
- Comunicadores - interfaces para comunicação com sistemas externos e componentes internos.
Por exemplo, para microprocessadores baseados na arquitetura RISC-V, o sistema inteiro
pode ser assim:
Os dados obtidos sobre o estado dos componentes do chip
podem ser exibidos através de várias interfaces: USB, Ethernet, PCI-Express e até Wi-Fi. Depois, essas informações podem ser baixadas em qualquer sistema analítico para procurar anomalias na operação dos componentes.
Potenciais e desvantagens da solução
Os desenvolvedores do UltraSoC dizem que seu sistema encontrará aplicativos nos data centers e ajudará os provedores de nuvem a monitorar a infraestrutura de nuvem em larga escala. Como os parâmetros do sistema em um chip são monitorados usando hardware que (diferentemente do software) não afeta o desempenho, os operadores do data center poderão receber dados atualizados do status do servidor em tempo real.
Devido ao fato de que a tecnologia avalia diretamente o trabalho dos componentes de baixo nível, ajudará a determinar rapidamente a causa dos chamados heisenbags - “erros flutuantes” que são difíceis de detectar devido ao fato de alterar regularmente as propriedades.
Porém, antes que a tecnologia possa ser amplamente usada, a equipe UltraSoC terá
que convencer os fabricantes a integrar a solução em seus chips. Sua implementação complicará os processos de negócios, levará a custos de produção mais altos e a um aumento no preço dos microcircuitos. Portanto, muitas empresas podem recusar, citando o fato de que será mais barato para os clientes usarem o software de monitoramento de terceiros por conta própria.
Mas vários fabricantes ainda querem testar o produto. Por exemplo, o Esperanto pretende
implantar a tecnologia UltraSoC em mil processadores baseados em RISC-V e aceleradores de AI / ML para rastrear seu desempenho.
Desenvolvimentos alternativos
Outras organizações também estão
desenvolvendo sistemas on-chip. Em particular, sensores especiais para monitoramento de tensão e temperatura (PVT - Processo, Tensão, Temperatura). Eles são fundamentais para o trabalho em sistemas em um chip e ASIC. No início do ano passado, a Moortec conseguiu
o apoio da fabricante de chips TSMC e implementou sua tecnologia em chips de 12 nm. A empresa está
confiante de que os processadores com sistemas de monitoramento integrados encontrarão aplicação em data centers, dispositivos móveis, sistemas de IA, IoT e assim por diante.
Outro projeto - sensores PVT “inteligentes” -
foi o resultado de um trabalho conjunto das empresas. A combinação dos sistemas de monitoramento e análise digital UltraSoC e sensores físicos Moortec permite monitorar de maneira abrangente o status do SoC e otimizar a carga em tempo real.
O que aguarda a tecnologia no futuro
Os desenvolvedores da UltraSoC
acreditam que a crescente popularidade das soluções de alta tecnologia (AI, ML, IoT), bem como a transição para sistemas heterogêneos, tornarão indispensáveis as ferramentas de monitoramento integradas.
A empresa planeja tornar a arquitetura da solução mais flexível e personalizável. Para isso, o UltraSoC começou a desenvolver o UltraDevelop 2. Esse é um ambiente de desenvolvimento integrado (IDE), com o qual você pode configurar, depurar e otimizar os parâmetros dos componentes do chip. Seu lançamento está previsto para o segundo trimestre de 2019.
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