Abstract
In this seminal paper, we introduce the notion of invasive algorithms and corresponding parallel computing architectures also called invasive. The main idea of invasion is to add to a given single-processor program the ability to explore neighbor processors and to copy itself to such processors in a phase of invasion, and then to execute the given problem in parallel based on the available (invasible) region on a given multi-processor architecture. After this parallel execution, the program may perform a retreat and resume execution again sequentially on the single processor. In order to support invasion, new architectural concepts as well as means to support invasion on reconfigurable MPSoCs are provided. We do believe that invasion will become an important step towards self-organizing behavior which will be needed in the massively parallel MPSoC area beyond the year 2020 with unrivaled performance and resource efficiency numbers as one of the main challenges for MPSoCs apart from their programming. In case of invasion, an algorithm is able to spread itself for parallel execution based on availability of processing resources.
Zusammenfassung
In diesem einführenden Beitrag wird ein neues Paradigma paralleler Programmierung unter der Bezeichnung Invasive Algorithmen vorgestellt sowie die Funktionsweise Invasiver Architekturen zu deren Unterstützung. Invasion bezeichnet dabei die Fähigkeit eines Programms, Nachbarprozessoren in eine parallele Abarbeitung einzubeziehen, in dem ein Programm sich selbst auf Nachbarprozessoren kopiert und anschließend ein gegebenes Problem basierend auf den freien und eroberten Prozessorregionen gemeinsam und parallel ausgeführt wird. Nach einer parallelen Ausführung kann sich das Programm dann gegebenenfalls wieder zurückziehen auf einer gegebenen Multiprozessorarchitektur und somit die Ressourcen für Invasion anderer Algorithmen freigeben. Wesentliche Merkmale invasiver Programmierung als auch Architekturmerkmale zur Unterstützung von Invasion werden hier erstmals vorgestellt. Effiziente Umsetzungen von Invasion und Rückzugsoperationen verlangen ausgeklügelte Techniken hardware-rekonfigurierbarer Prozessoren und Verbindungsstrukturen. Zudem verspricht eine solche Art der Selbstorganisation von Berechnungen auf einem Parallelrechner auch ein Weg zur Lösung des Programmier- und Übersetzerproblems hochparalleler MPSoC-Architekturen. Wir glauben, dass Invasion als wichtiger Beitrag von Selbstorganisation auf einem Parallelrechner in zukünftigen MPSoC in Jahren nach 2020 erhebliche Vorteile bringen wird hinsichtlich Performance und Ressourceneffizienz.
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