Implementierung eines VLIW-MIPS-Prozessors für Hochtemperaturanwendungen mit Compilerunterstützung

Am Fachgebiet „Architekturen und Systeme“ des Instituts für Mikroelektronische Systeme (IMS) werden applikationsspezifische Architekturen für Hochtemperaturanwendungen (HT) erforscht, wie sie beispielsweise in der Öl- und Gasförderung sowie in der Automobilelektronik eingesetzt werden. Hierbei können Temperaturen von über 200 Grad Celsius auftreten. Um trotz dieser extremen Umweltbedingungen eine zuverlässige elektrische Funktion zu gewährleisten, werden derartige Schaltungen in sehr großen Technologieknoten (z. B. 0,35µm) als Silicon-on-Insulator (SOI) gefertigt. Bedingt durch diese Technologie und das veränderte Schaltverhalten der Transistoren bei hohen Temperaturen sind nur begrenzte Taktraten möglich. Hochoptimierte Architekturen sind daher erforderlich, um trotz dieser Einschränkungen die nötige Rechenleistung für die Anwendung zur Verfügung zu stellen.

Herrn Gespers Aufgabe ist es, eine VLIW-Variante eines am Institut entwickelten MIPS-Prozessors durch Erweiterung mit einem zweiten Issue Slot zu erstellen. Dieser zweite Slot soll primär für die Speicherzugriffe verwendet werden, während der erste Slot die ALU-Funktionen übernimmt. Entsprechende Kopplungsmechanismen der beiden Slots sollen implementiert und evaluiert werden. Bei der Spezifizierung der Instruction Set Architecture (ISA) ist insbesondere darauf zu achten, mit möglichst wenig Hardwareaufwand je Issue Slot eine möglichst hohe mittlere Auslastung des Prozessors zu erreichen. Ermittelt werden sollen die relevanten Größen (Durchsatz, Leistungsaufnahme, Chipfläche) anhand exemplarischer Anwendungen und Algorithmen, die für beide Architekturvarianten zu evaluieren sind. Anhand einer Portierung der Algorithmen auf andere frei verfügbare Prozessorarchitekturen sollen die Ergebnisse evaluiert werden.

Teil der Aufgabe ist außerdem die Unterstützung beim Aufbau einer geeigneten Tool-Chain, die das Programmieren der VLIW-Architektur in C/C++ gestattet. Beim Entwurf der Architektur sind die architektonischen Prozessbesonderheiten für Hochtemperatur-SoCs zu berücksichtigen.

Auf gute Dokumentation ist zu achten. Die eingereichten Arbeiten sowie die Ergebnisse der Arbeit bleiben Eigentum des Institutes.