Lehrstuhl für Informatik 12(Hardware-Software-Co-Design)

Friedrich Alexander Universität Erlangen NürnbergFriedrich-Alexander-Universität Erlangen-NürnbergProf. Dr.-Ing. J. Teich

Rückblick - GroßrechnerRückblick - Großrechner

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Keine Computer im Haushalt?Keine Computer im Haushalt?

Ken Olsen, US-amerikanischer Computer-Ingenieur und Manager im Jahr 1977 in einem Vortrag auf demManager im Jahr 1977 in einem Vortrag auf dem

World Future Society Meeting in Boston

„Es gibt keinen Grund, warum„Es gibt keinen Grund, warumirgendjemand einen Computer in seinem Haus bräuchte “Haus bräuchte.

(in Bezug auf die damals verbreiteten Großrechner)

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Damals versus HeuteDamals versus Heute

1989: SupercomputerCRAY Y MPCRAY Y-MP275 Millionen Gleitkommaoperationen(Befehle) pro Sekunde

Smartphone mitQualcomm Snapdragon MPSoC

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Ein Blick auf die Straße heuteEin Blick auf die Straße heute

EingebetteteSysteme:

Rechner, die in einen technischen Kontext eingebunden sind.g

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Entwicklung der TechnologieEntwicklung der Technologie

Moore‘s Law:Die Anzahl der Transistoren die in einem Chip integriert werden können„Die Anzahl der Transistoren die in einem Chip integriert werden können

verdoppelt sich alle zwei Jahre“

0 2 4 6 8 10 12 t [in Jahren]

Alles wird kleiner, schneller, flexibler

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Potential und HerausforderungPotential und Herausforderung

Produktivität22

Technologie

Produktivitäts-KriseIP-

Blocks32 nm

22 nm

Blocks

HW/SW-Co-Design65 nm

HLS90 nm

Validierungs-0,8 m

0,35 m

ValidierungsTechniken

1988 1996 2002 2006Zeit

2012 2014 20161988 1996 2002 2006 2012 2014 2016

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Moderne Fahrzeuge – Vernetzte Eingebettete SystemeModerne Fahrzeuge – Vernetzte Eingebettete Systeme

Fahrerassistenz-systeme

BremseBremse

RadsensorSteuergeräteSensoren/Aktuatoren Bussysteme (CAN, FlexRay, …)Gateways

y ( , y, )Punkt-zu-Punkt-Verbindungen (LIN)

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Smart Camera – Eingebettetes System zur BildverarbeitungSmart Camera – Eingebettetes System zur Bildverarbeitung

Gestenerkennung

CMOS

Objekterkennung

CMOS

ProzessorenMemory

Sensor, Memory, Peripherie, …

FPGA Bussysteme (AMBA CoreConnect )

und Digitale Signalprozessoren

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Bridge

FPGA Bussysteme (AMBA, CoreConnect, …)

Welche Eigenschaften benötigen eingebettete Systeme?Welche Eigenschaften benötigen eingebettete Systeme?

Niedrige Kosten/Preis

NiedrigerKraftstoff-/Energieverbrauch

Hohe Zuverlässigkeit

Echtzeitfähigkeit

Hohe “Performance”

wenig zusätzlicher Platz

CMOS

Design, Handhabbarkeit

wenig zusätzlicher Platz,Gewicht Memory

g ,

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…

Wie baue ich ein eingebettetes System?Wie baue ich ein eingebettetes System?

Software-Entwicklung:

SpezifikationSoftware entwerfen,

programmieren,verifizieren, optimieren, Zielarchitektur

Anwendung

.exe

Ei b tt t S t

verifizieren, optimieren,parallelisieren, …

Hardware

Eingebettetes System:Anwendung

Software entwerfen,programmieren,ifi i ti i

Spezifikation

verifizieren, optimieren,parallelisieren, …

Hardware-Software-Co-Design(HSCD)(HSCD)

Zielarchitekturentwerfen, verifizieren, simulieren, optimieren,

Hardware

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synthetisieren, …

Lehre HSCD - Bachelor-StudiengangLehre HSCD - Bachelor-Studiengang

1. Semester: (4V+2Ü), 7,5 ECTS Grundlagen der Technischen InformatikGrundlagen der Technischen Informatik

Ab dem 5. Semester: WahlpflichtmoduleAuswahl von 2 bis 3 Modulen (mindestens 15 ECTS) aus mindestens 2 von 15 Vertiefungsrichtungen (z.B. HSCD)

5. Semester: PraktikumEntwurf interaktiver eingebetteter Systeme (WS)Praktikum: Lego Mindstorms (SS)

6. Semester: 12 ECTS6. Semester: 12 ECTSBachelor-Arbeit + Begleitseminar mit Referat

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Lehre HSCD - Master-StudiengangLehre HSCD - Master-Studiengang

8 Wahlpflichtmodule, wobei Teilgebiete aus mindestens drei der vier Vertiefungsrichtungen zu wählen sindVertiefungsrichtungen zu wählen sind

TheorieSystemSoftwareSoftware,Anwendung

S iSeminar

Projekt

Nebenfach

Master-Arbeit

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Überblick Vorlesungen Hardware-Software-Co-DesignÜberblick Vorlesungen Hardware-Software-Co-Design

Hardware-Software-Co-Design

Grundlagenderder

TechnischenInformatikSystem

ArchitekturModul

Eingebettete Systeme LogikBlock

Software Hardware

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VorlesungenVorlesungen

Eingebettete Systeme (2V+2Ü): 5,0 ECTSmit optionalen erweiterten Übungen (2EÜ): 7 5 ECTSmit optionalen erweiterten Übungen (2EÜ): 7,5 ECTSLernziel und Kompetenzen:

Modellierung und Spezifikation eingebetteter Systeme

Architektursynthese

Ablaufplanungsverfahren für zeitkritische Systeme

Hardware-Software-Co-Design (2V+2Ü) (Engl.): 5,0 ECTS mit optionalen erweiterten Übungen (2EÜ): 7 5 ECTSmit optionalen erweiterten Übungen (2EÜ): 7,5 ECTSLernziel und Kompetenzen:

Komponenten und Prozessoren in eingebetteten Systemenp g y

Hardware/Software-Partitionierung

Compiler und Codeoptimierung für eingebettete Prozessoren

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VorlesungenVorlesungen

Parallele Systeme (2V+2Ü): 5,0 ECTSmit optionalen erweiterten Übungen (2EÜ): 7 5 ECTSmit optionalen erweiterten Übungen (2EÜ): 7,5 ECTSLernziel und Kompetenzen:

Theorie der Parallelität und Klassifikation paralleler Rechnerarchitekturen

Programmierbare System-on-Chip (SoC) Architekturen

Massive Parallelität: Vom Algorithmus zur Schaltung

Domain-Specific and Resource-Aware Computing on MulticoreArchitectures (2V+2Ü): 5 0 ECTSArchitectures (2V+2Ü): 5,0 ECTSLernziel und Kompetenzen:

Grundlagen moderner Multi- und Many-Core-Architektureng y

Abbildungstechniken Multi- und Many-Core-Architekturen und ressourcengewahre Programmierung

Domänenspezifisches Rechnen, Entwurf domänenspezifischer Sprachen

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VorlesungenVorlesungen

Organic Computing (2V+2Ü): 5,0 ECTSL i l d K tLernziel und Kompetenzen:

Entwurf und Einsatz selbst-organisierender Systeme

Grundlagen und Anwendung der Kontextadaption und weiterer Self-*-Grundlagen und Anwendung der Kontextadaption und weiterer SelfEigenschaften

Verifikation digitaler Systeme (2V+2Ü): 5,0 ECTSLernziel und Kompetenzen:

Anwendung Prinzipien und Grenzen funktionaler Verifikation digitalerAnwendung, Prinzipien und Grenzen funktionaler Verifikation digitalerSysteme

Formale und simulationsbasierte Verifikationsverfahren

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VorlesungenVorlesungen

Cyber-Physical Systems (2V+2Ü): 5,0 ECTSL i l d K tLernziel und Kompetenzen:

Technische Grundlagen Cyber-Physical Systems (CPS)

Anwendungsgebiete von CPSAnwendungsgebiete von CPS

Modellierung und Programmierung von CPS

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Hardware-Software-Co-DesignHardware-Software-Co-Design

Seminare:Multi Core Architectures and ProgrammingMulti-Core Architectures and ProgrammingSystems- and Networks-on-a-ChipCyber-Physical SystemsElectronic System Level Design

Ein besonderes Angebot: Approximationsalgorithmen (2V+2Ü): 7,5 ECTS (Prof. Wanka) und

Hardware-Software-Co-Design (2V+2Ü): 7,5 ECTS (Prof. Teich)

können zusammen sowohl als Vertiefung in Theoretischer Informatikals auch Hardware-Software-Co-Design im Bachelor- oder Master-Studium gewählt werden.g

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Was habe ich davon?Was habe ich davon?

Verständnis für den Entwurf i b tt t S teingebetteter Systeme

Wissen sowohl im Hard- als auch SoftwareentwurfSpaß an der Entwicklung technischer SystemeE ll t B f h d hExzellente Berufschancen durchVielseitigkeitInteressante Bachelor- und Masterarbeiten im Bereich Hardware, Software und TheorieTheorie

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Hardware-Software-Co-DesignHardware-Software-Co-Design

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Lehrstuhl für Informatik 12 - Hardware-Software-Co-DesignfProf. Dr.-Ing. Jürgen Teich,

Email: teich@informatik.uni-erlangen.deInternet: http://www12.informatik.uni-erlangen.de