Direction de recherche : Nathalie DRACH-TEMAM

Co-encadrement : DESBARBIEUX Jean-Lou

MORPHEO : Processeur ouvert, haute performance, paramétrable et pérenne pour plate-forme de confiance

De nos jours, la conception industrielle des systèmes embarqués est basée sur le secret. Cela induit des problèmes de sécurité dus à l'opacité des composants assemblés, de pérennité des composants pour les applications critiques à longue durée de vie, d'adaptabilité des composants à des applications spécifiques et de coût dû aux procédés de fabrication des circuits dédiés. Une approche alternative est basée sur l'utilisation de processeurs satisfaisant un ensemble de contraintes : - être ouverts pour garantir la sécurité (absence de fonctionnalités cachées), - être paramétrables dans l'exploitation de différents niveaux de parallélisme pour permettre l'adéquation de la performance aux applications visées, - être synthétisables sur FPGA pour s'abstraire des coûts prohibitifs engendrés par la conception et la fabrication d'un ASIC tout en exploitant les gains technologiques offerts par les nouvelles générations de FPGA. Aucun softcore actuel n'exploite le parallélisme d'instructions alors que les capacités d'intégration des plus denses FPGA disponibles permettent la synthèse d'un processeur haute performance. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle architecture de processeur, MORPHEO, permettant de répondre aux contraintes de l'approche alternative. Il s'agit d'un processeur superscalaire à exécution désordonnée et spéculative. Le pipeline est profond (16 étages) et chaque bloc du processeur peut être dupliqué afin d'affiner l'exploitation du parallélisme de tâches. Cependant, la synthèse sur FPGA impose des contraintes lors de la conception de chaque composant du processeur. Ainsi, les mémoires multi-ports, les files multi accès et les mémoires associatives ont un coût prohibitif par rapport à une implémentation ASIC. Nous avons modifié l'architecture pour utiliser les macros blocs du FPGA (mémoire simple ou doubles ports, ...) et dans cette thèse, nous évaluons l'impact sur les performances de ces modifications. Les résultats de notre étude montrent que notre architecture est intégrable sur un FPGA et les performances sont réduites de 30% par rapport à une architecture non intégrable sur un FPGA.

Publications 2010-2012

• 2012
  • M. Rosière, J.‑L. Desbarbieux, N. Drach, F. Wajsbürt : “An Out-of-Order Superscalar Processor on FPGA: The ReOrder Buffer Design”, DATE Design Automation and Test in Europe Conference, Dresden, Germany, pp. 1549-1554, (IEEE) (2012)
• 2011
  • M. Rosière, J.‑L. Desbarbieux, N. Drach, F. Wajsbürt : “MORPHEO: a high-performance processor generator for a FPGA implementation”, DASIP IEEE International Conference on Design and Architectures for Signal and Image Processing, Tampere, Finland, pp. 1-8, (IEEE) (2011)
• 2010
  • M. Rosière : “MORPHEO : Processeur ouvert, haute performance, paramétrable et pérenne pour plate-forme de confiance”, soutenance de thèse, soutenance 28/06/2010, direction de recherche Drach-temam, Nathalie, co-encadrement : Desbarbieux, Jean-Lou (2010)