Rede Omega Virtual em FPGA com reconfiguração em tempo de execução: estudo de caso: cálculo de atratores em redes reguladoras de genes

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2012
Autor(a) principal: Vendramini, Julio Cesar Goldner
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa
BR
Metodologias e técnicas da Computação; Sistemas de Computação
Mestrado em Ciência da Computação
UFV
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
FPGA
Rede Omega
Camada virtual
Omega Networks
Virtual layer
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Link de acesso: http://locus.ufv.br/handle/123456789/2634
Resumo: As redes de interconexão multiestágio começaram a ser usadas na década de 50 em telefonia e continuam a ser usadas em muitas aplicações paralelas. Abordamos neste trabalho um estudo sobre as redes de interconexão Omega em FPGAs para desenvolvimento de arquiteturas paralelas e reconfiguráveis. Utilizando-as como uma camada virtual de reconfiguração acima da programação do FPGA. Analisamos o comportamento das redes e sua complexidade em área e latência. Desenvolvemos dois algoritmos de roteamento em hardware para o roteamento dessas redes, um utilizando memórias e outro utilizando codificador de prioridade. Mostramos também que o uso das redes Omega é viável em arquiteturas reconfiguráveis mapeadas em FPGA. Duas aplicações reais foram avaliadas. A primeira possui uma rede de interconexão global para interligar unidades de processamento heterogêneas em uma arquitetura reconfigurável de grão grosso. A segunda usa uma rede de interconexão em uma aplicação de bioinformática para interligar unidades. Esta aplicação explora um espaço de solução exponencial no cálculo de período de atratores. Os resultados obtidos mostraram um ganho de 2 a 3 ordens de grandeza em relação a solução com processadores de uso geral.
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Mostramos também que o uso das redes Omega é viável em arquiteturas reconfiguráveis mapeadas em FPGA. Duas aplicações reais foram avaliadas. A primeira possui uma rede de interconexão global para interligar unidades de processamento heterogêneas em uma arquitetura reconfigurável de grão grosso. A segunda usa uma rede de interconexão em uma aplicação de bioinformática para interligar unidades. Esta aplicação explora um espaço de solução exponencial no cálculo de período de atratores. Os resultados obtidos mostraram um ganho de 2 a 3 ordens de grandeza em relação a solução com processadores de uso geral.The multistage interconnection networks emerged in 1950 to be used on telephony systems. During the last decades, multistage networks have still been used on many parallel applications. This work analyzes Omega interconnection networks as a communication approach to be used on parallel architectures mapped on FPGAs. The proposed approach is based on a virtual layer above the FPGA s programmation as a logical level. Several topics were covered. First, the behavior of networks has been analyzed as a function of its workload. We show that Omega network is non-blocking under a partial workload. Moreover, we propose to use the radix4 switches which have a better routing capacity. In addition, the radix4 network reduces the area and the latency of an FPGA implementation. Besides, the regularity of the network was captured with FPGA synthesis tools. Third, one of the problems of multistage networks is the time to configure or routing the connections. We present two routing algorithms on hardware that can be used at runtime. One of the algorithms is based on embedded memories that has a low implementation cost. However, the algorithm spends between two and ten cycles to route one connection. The second algorithm uses a priority encoder and has a high cost compared to the first. Although, this algorithm only takes two cycles to route any connection. Finally, two case study are presented to show how a Omega networks is an efficient option as communication mechanism in FPGA based reconfigurable architectures. The first has a global interconnection network to interconnect heterogeneous processing units in a coarse-grained reconfigurable architecture (CGRA). The second uses an interconnection network in a bioinformatics algorithm. The algorithm computes the attractors on gene regulatory networks modeled with Boolean graphs and scale free topology. This algorithm explores an exponential space solution for the calculation of period attractors. The results showed a gain of 2-3 orders of magnitude over the solution implemented in software with general purpose processors.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorUniversidade Federal de ViçosaBRMetodologias e técnicas da Computação; Sistemas de ComputaçãoMestrado em Ciência da ComputaçãoUFVhttp://lattes.cnpq.br/2105208128709210Ferreira, Ricardo dos Santoshttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4723626E5Freitas, Henrique Cota deMartins, Carlos Augusto Paiva da Silvahttp://lattes.cnpq.br/6790342959640905Nacif, José Augusto Mirandahttp://lattes.cnpq.br/1946315322575953Vendramini, Julio Cesar Goldner2015-03-26T13:10:30Z2013-04-182015-03-26T13:10:30Z2012-03-16info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdfVENDRAMINI, Julio Cesar Goldner. Runtime reconfiguration on Virtual Omega Networks: case study: attractors in models of gene regulatory networks. 2012. 115 f. Dissertação (Mestrado em Metodologias e técnicas da Computação; Sistemas de Computação) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2012.http://locus.ufv.br/handle/123456789/2634porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:LOCUS Repositório Institucional da UFVinstname:Universidade Federal de Viçosa (UFV)instacron:UFV2016-04-09T02:12:51Zoai:locus.ufv.br:123456789/2634Repositório InstitucionalPUBhttps://www.locus.ufv.br/oai/requestfabiojreis@ufv.bropendoar:21452016-04-09T02:12:51LOCUS Repositório Institucional da UFV - Universidade Federal de Viçosa (UFV)false
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