Lehrstuhl für Informatik 12 (Hardware-Software-Co-Design) Prof. Dr.-Ing. J. Teich

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1 Lehrstuhl für Informatik 12 (Hardware-Software-Co-Design) Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Prof. Dr.-Ing. J. Teich Rückblick - Großrechner 2

2 Keine Computer im Haushalt? Ken Olsen, US-amerikanischer Computer-Ingenieur und Manager im Jahr 1977 in einem Vortrag auf dem World Future Society Meeting in Boston Es gibt keinen Grund, warum irgendjemand einen Computer in seinem Haus bräuchte. (in Bezug auf die damals verbreiteten Großrechner) 3 Damals versus Heute 1989: Supercomputer CRAY Y-MP 275 Millionen Gleitkommaoperationen (Befehle) pro Sekunde Smartphone mit Qualcomm Snapdragon MPSoC 4

3 Ein Blick auf die Straße heute Eingebettete Systeme: Rechner, die in einen technischen Kontext eingebunden sind. 5 Entwicklung der Technologie Moore s Law: Die Anzahl der Transistoren die in einem Chip integriert werden können verdoppelt sich alle zwei Jahre t [in Jahren] Alles wird kleiner, schneller, flexibler 6

4 Potential und Herausforderung Produktivität Technologie 65 nm Produktivitäts- Krise 22 nm IP- 32 nm Blocks HW/SW- Co-Design 90 nm HLS 0,35 m 0,8 m Techniken Zeit 7 Moderne Fahrzeuge Vernetzte Eingebettete Systeme Validierungs- Fahrerassistenzsysteme Bremse Steuergeräte Sensoren/Aktuatoren Gateways Radsensor Bussysteme (CAN, FlexRay, ) Punkt-zu-Punkt-Verbindungen (LIN) 8

5 Smart Camera Eingebettetes System zur Bildverarbeitung Gestenerkennung Objekterkennung CMOS Memory Prozessoren und Digitale Signalprozessoren Sensor, Memory, Peripherie, FPGA Bussysteme (AMBA, CoreConnect, ) Bridge 9 Welche Eigenschaften benötigen eingebettete Systeme? Niedrige Kosten/Preis Niedriger Kraftstoff-/Energieverbrauch Hohe Zuverlässigkeit Echtzeitfähigkeit Hohe Performance wenig zusätzlicher Platz, Gewicht CMOS Memory Design, Handhabbarkeit 10

6 Wie baue ich ein eingebettetes System? Software-Entwicklung: Anwendung Spezifikation Software entwerfen, programmieren, verifizieren, optimieren, parallelisieren,.exe Zielarchitektur Hardware Eingebettetes t System: Anwendung Software entwerfen, programmieren, verifizieren, i optimieren, i parallelisieren, Spezifikation Zielarchitektur entwerfen, verifizieren, simulieren, optimieren, synthetisieren, Hardware-Software-Co-Design (HSCD) Hardware 11 Lehre HSCD - Bachelor-Studiengang 1. Semester: (4V+2Ü), 7,5 ECTS Grundlagen der Technischen Informatik Ab dem 5. Semester: Wahlpflichtmodule Auswahl von 2 bis 3 Modulen (mindestens 15 ECTS) aus mindestens 2 von 15 Vertiefungsrichtungen (z.b. HSCD) 5. Semester: Praktikum Entwurf interaktiver eingebetteter Systeme (WS) Praktikum: Lego Mindstorms (SS) 6. Semester: 12 ECTS Bachelor-Arbeit + Begleitseminar mit Referat 12

7 Lehre HSCD - Master-Studiengang 8 Wahlpflichtmodule, wobei Teilgebiete aus mindestens drei der vier Vertiefungsrichtungen zu wählen sind Theorie System Software, Anwendung Seminar Projekt Nebenfach Master-Arbeit 13 Überblick Vorlesungen Hardware-Software-Co-Design Hardware-Software-Co-Design System Grundlagen der Technischen Informatik Modul Architektur Block Eingebettete Systeme Logik Software Hardware 14

8 Vorlesungen Eingebettete Systeme (2V+2Ü): 5,0 ECTS mit optionalen erweiterten Übungen (2EÜ): 7,5 ECTS 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 ECTS Komponenten und Prozessoren in eingebetteten Systemen Hardware/Software-Partitionierung Compiler und Codeoptimierung für eingebettete Prozessoren 15 Vorlesungen Parallele Systeme (2V+2Ü): 5,0 ECTS mit optionalen erweiterten Übungen (2EÜ): 7,5 ECTS 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 Multicore Architectures (2V+2Ü): 5,0 ECTS Grundlagen moderner Multi- und Many-Core-Architekturen Abbildungstechniken Multi- und Many-Core-Architekturen und ressourcengewahre Programmierung Domänenspezifisches Rechnen, Entwurf domänenspezifischer Sprachen 16

9 Vorlesungen Organic Computing (2V+2Ü): 5,0 ECTS Entwurf und Einsatz selbst-organisierender Systeme Grundlagen und Anwendung der Kontextadaption und weiterer Self-*- Eigenschaften Verifikation digitaler Systeme (2V+2Ü): 5,0 ECTS Anwendung, Prinzipien und Grenzen funktionaler Verifikation digitaler Systeme Formale und simulationsbasierte Verifikationsverfahren 17 Vorlesungen Cyber-Physical Systems (2V+2Ü): 5,0 ECTS Technische Grundlagen Cyber-Physical Systems (CPS) Anwendungsgebiete von CPS Modellierung und Programmierung von CPS 18

10 Hardware-Software-Co-Design Seminare: Multi-Core Architectures and Programming Systems- and Networks-on-a-Chip Cyber-Physical Systems Electronic 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 Informatik als auch Hardware-Software-Co-Design im Bachelor- oder Master- Studium gewählt werden. 19 Was habe ich davon? Verständnis für den Entwurf eingebetteter t Systeme Wissen sowohl im Hard- als auch Softwareentwurf Spaß an der Entwicklung technischer Systeme Exzellente Berufschancen durch Vielseitigkeit Interessante Bachelor- und Masterarbeiten im Bereich Hardware, Software und Theorie 20

11 Hardware-Software-Co-Design 21 Lehrstuhl für Informatik 12 - Hardware-Software-Co-Design Prof. Dr.-Ing. Jürgen Teich, teich@informatik.uni-erlangen.de Internet: