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GT 7 - Adéquation Algorithme Architecture

Yves SOREL (INRIA)

Objectifs

L'évolution rapide des architectures, construites avec des processeurs et des circuits intégrés dédiés, l'évolution des méthodes et outils logiciels d'aide à l'implantation, ont permis de réaliser à des coûts raisonnables certaines implantations d'algoritmes complexes que l'on osait même pas envisager il y a quelques années. On est peu à peu passé d'une étude séparée des algorithmes et des architectures, à une approche méthodologique globale de plus en plus formalisée.

L'Adéquation Algorithme Architecture consiste à étudier simultanément les aspects algorithmiques et architecturaux en prenant en compte leurs interactions. Cette approche conduit à développer des méthodologies plus ou moins formelles permettant de réaliser l'implantation optimisée d'un algorithme (minimisation des composants logiciels et matériels) tout en réduisant les temps de développement. Les méthodes formelles utilisent un modèle unifié d'algorithme, d'architecture et d'implantation, prenant en compte les contraintes (temps-réel, embarquabilité ...), la nature distribuée des informations à traiter (multi-capteurs et actionneurs, données distribuées ...), la nécessité de réutiliser et de porter algorithmes et architectures. Cette approche permet d'effectuer des vérifications formelles le plus tôt possible dans le cycle de dévloppement de l'application, de poser des problèmes d'optimisation pour dimensionner au mieux les architectures de circuits spécialisés et/ou de machines, et enfin de générer automatiquement du code exécutable. On peut ainsi, d'une part améliorer les techniques de prototypage rapide, et d'autre part aborder de manière plus claire le problème de la conception conjointe logiciel-matériel. Ces deux points sont les grands enjeux du futur.

Afin d'en faire bénéficier les architectures utilisées lors de l'adéquation, il est indispensable de suivre l'évolution de la technologie de l'électronique numérique et analogique. Les nouvelles architectures, proposées aussi bien dans les laboratoires universitaires qu'industriels, doivent être soigneusement évaluées puis caractérisées, afin d'en tirer le maximum. Enfin, les études méthodologiques et les nouvelles architectures, doivent être validées sur des réalisations applicatives tenant compte des préocupations industrielles.

Opérations thématiques

L'opération thématique 7.1 ``Méthodes'' se focalisera principalement sur les méthodes et les outils logiciels associés, permettant de faire de l'''adéquation algorithme architecture''. Pour cela de nouveaux formalismes seront explorés, d'une part pour améliorer les capacités de ces méthodes à faire du prototypage rapide, et d'autre part en vue d'obtenir des implantations respectant des contraintes temps réel tout en minimisant le matériel. Ces formalismes devront permettre l'unification des stratégies d'optimisation dans le cas des implantations sur des machines multi-processeur et sur des circuits intégrés dédiés en vue de faire de la conception conjointe logiciel-matériel (co-design). Deux axes principaux de recherche sont envisagés. Le premier concerne le problème de la granularité aussi bien des opérations (au niveau de la spécification de l'algorithme) que des opérateurs (au niveau de la spécification de l'architecture). Ce problème est crucial lorsqu'il est question de parallélisme aussi bien dans le cas des circuits que des machines. Le second concerne le choix des techniques de distribution et d'ordonnancement qui peuvent être soit statiques, soit dynamiques. Les techniques statiques qui conduisent à des implantations très efficaces obligent à approfondir les techniques de ``dérécursivation'' utiles pour prendre en compte des spécifications récursives souvent plus naturelles pour l'utilisateur. Inversement les techniques dynamiques sont mieux adaptées à des spécifications récursives mais conduisent à des implantations moins efficaces. Il sagit de rechercher des compromis entre ces deux approches.

L'opération thématique 7.2 ``Applications'' concerne la mise en oeuvre d'applications typiques de traitement du signal et des images en suivant la méthodologie ''adéquation algorithme architecture''. Le point de vue choisi est de privilégier les retours d'expérimentations effectuées dans des environnements de type recherche ou industriel pour faire évoluer la méthodologie. Les domaines de la communication numérique et du codage d'images ont été choisis pour mener à bien un travail de ce type. Plusieurs laboratoires ont déjà entamé des recherches sur ce sujet depuis quelques années.

Une action incitative "AAA en communication numérique et codage vidéo" faisant collaborer cinq laboratoires de ISIS, ainsi que le CNET, le CNES et Matra, a été proposée afin de fédérer les efforts dans cette direction.

L'opération thématique 7.3 ``Systèmes reconfigurables'' étudie ces systèmes construits à base de circuits reconfigurables (FPGA) communicant entre eux, ou communicant avec des processeurs de traitement du signal et/ou des capteurs et des actionneurs intelligents (incorporant des capacités de traitements). Le premier axe de recherche concerne la conception de nouvelles architectures reconfigurables. Trois projets d'architecture de ce type sont proposés : ARDOISE, LIRMM et PAMette. Le second axe de recherche concerne les logiciels d'aide à la programmation de ce type de systèmes. C'est un sujet particulièrement important qui intéresse beaucoup d'utilisateurs. Actuellement c'est le domaine d'applications du traitement d'images qui est plus particulièrement visé, mais les résultats obtenus pourront certainement être étendus au traitement du signal, pour les applications de télécommunication par exemple.

Une action incitative inter-PRC ARP/ISIS "Systèmes reconfigurables" faisant collaborer six laboratoires de ISIS et six laboratoires de ARP a été proposée afin de fédérer les efforts dans cette direction.

L'opération thématique 7.4 ``Évaluation'' a pour but d'évaluer les ''adéquation algorithme architecture''. Pour cela, il ne suffit pas de définir des algorithmes de test significatifs à partir de la définition d'opérations génériques pour les applications visées dans les domaines du traitement du signal et des images. Il est aussi nécessaire de déterminer l'opérateur matériel correspondant de façon adéquate à une opération. Les connaissances locales au niveau des associations opération/opérateur seront exploitées pour faire des évaluations globales au niveau de l'implantation d'un algorithme entier sur une machine cible.

Organisation

Le GT7 est principalement organisé autour de ses opérations thématiques telles que décrites précédemment. Une école thématique est prévue en alternance avec les ``Journées Adéquation Algorithme Architecture en traitement du signal et des images'' qui ont lieu tous les deux ans depuis 1992. À ces journées qui sont plutôt de type journées thématiques viendront s'ajouter deux ou trois réunions plénières dans l'année afin de permettre l'émergence de nouvelles propositions d'opérations thématiques.


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