Projet ANR-15-CE24-0022 – HPeC : Calcul Haute Performance embarqué, auto-adaptatif et efficace énergiquement. Cas des drones.
Programme : Micro et nanotechnologies pour l’information et la communication (DS0710) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur Jean-Philippe Diguet (CNRS DR BRETAGNE ET PAYS DE LA LOIR)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public; Laboratoire public; TPE; Laboratoire public
Montant : 715482.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 42 mois
Résumé : Le projet HPeC a pour ambition de démontrer la pertinence des architectures matérielles adaptatives pour répondre aux besoins en puissance de calcul d’un nombre grandissant de sytèmes embarqués qui par ailleurs imposent des contraintes strictes d’encombrement et d’efficacité énergétique. Ce type de système embarqué se rencontre notamment dans les petits systèmes autonomes (ex. UAV) qui requierent des capacités de calcul haute performance percevoir leur environnement (ex. vision embarqué, analyse de scène) et pour décider des tâches à exécuter en fonction d’aléas liés à l’environnement, à l’état du système et aux résulats des traitements.
La thèse de HPeC est de considérer qu’il est possible de concevoir une architecture matérielle flexible (i.e. reconfigurable) optimisée pour un jeu d’applications donné activées selon un ordre indéterminée et reposant sur un nombre de fonctions potentiellement important mais fini. Le choix des fonctions partagées entre les applications (ex. Convolueur 2D) fixeront le niveau de granularité a priori élevé de l’architecture visée. Etant donné cet ensemble de configurations logicielles / matérielles, les objectifs d’efficacité énergétique et de performance, le système doit choisir en temps réel la meilleure configuration afin de répondre aux aléas de la mission. 
Le contexte des systèmes embarqués permet d’envisager le problème à 3 niveaux. Le premier est le problème du modèle d’architecture reconfigurable qui devra être adapté au jeu d’application considéré avec un niveau de granularité idoine. Le second est à la reconfiguration dynamique de l’architecture afin de partager les ressources matérielles entre les applications de sorte que  les tâches soient exécutées de efficacement en respectant les exigences de performances. Ce partage (temporel et/ou spatial) sera mis en oeuvre de manière déterministe à l’aide d’une machine d’états résultant de la synthèse de controleur discret réalisée hors ligne à l’aide d’une approche formelle qui garantiera le bon fonctionnement ce qui est essentiel dans le domaine des systèmes autonomes. En fonction d’événements tels que la fin d’une tâche et l’utilisation courante des resources, le contrôleur atteint un état auquel  est associé une configuration donnée. Le troisième niveau est celui du traitement des événements aléatoires (ex. la détection d’un obstacle nécessitant une tâche d’identification ou une panne nécessitant une procédure d’urgence), qui seront pris en charge par un mission manager. Celui-ci dans un premier temps évalue l’état du système et de son environnement de manière probabiliste et dans un deuxième prend une décision sur la base d’une stratégie (ex. risque minimum). Cette décision se traduit par la liste de tâches à exécuter avec de niveaux de priorités, transmise au controleur de configuration.  
Afin de mener à bien ce projet l’équipe HPeC a choisi un domaine d’application à la fois représentatif et ambitieux, celui des petits UAV autonomes dotés de capacité de vision embarqué. L’équipe a été constitutée afin disposer de toutes les expertises nécessaires: architectures matérielles reconfigurables / adaptatives et outils (Lab-STICC/Institut Pascal), en architecture de vision embarquée (Institut Pascal, Inpixal), synthèse de contrôleur et autonomic computing (INRIA) et en méthodes probabilistes (Gipsa-Lab / Lab-STICC). HPeC s’attache aussi le soutien d’un expert en UAV: l’ARCAA de QUT (Brisbane, Australie) qui collabore avec le Lab-STICC dans le cadre d’un projet PICS.
Enfin HPeC souhaite aboutir à un démonstrateur réel qui permettra de mettre en oeuvre une grande partie des contributions du projet. Il s’agira d’une carte à base de FPGA qui sera embarqué sur un drone de petite taille qui effectuera des missions de reconnaissance permettant de démontrer des capacités d’adaptation. Cette carte constituera une première étape importante pour Inpixal dans le développement des futures systèmes caméra intelligente pour le marché des drones.