Ανάλυση και σχεδιασμός πολυ-επεξεργαστικού συστήματος με προσδιορίσιμους επεξεργαστές (configurable processors) για την υλοποίηση του κρυπτογραφικού αλγορίθμου DES:
Creators: name: Μαργέλης, Γεώργιος Αγγελή
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2008
Subjects: Πολυ-επεξεργαστικά
Κρυπτογραφία
Επεξεργαστές
Προσαρμόσιμοι
Προσδιορίσιμοι
Configurable
Processors
Tensilica
Xtensa
Multi-core

description: Στις αρχές του 21ου αιώνα, βλέπουμε πλέον όλο και συχνότερα να δημιουργούνται υπολογιστικά συστήματα, με περισσότερους από έναν επεξεργαστές. Η βιομηχανία ολοκληρωμένων κυκλωμάτων αγκομαχά για να «προλάβει» τον νόμο του Moore, οι νέοι επεξεργαστές παράγουν θερμότητα που καθιστά αναγκαία εξειδικευμένα συστήματα ψύξης και σιγά σιγά, φαίνεται ότι το μοντέλο του υπερταχυ και μόνου επεξεργαστή δίνει την θέση του στο μοντέλο των πολλών επεξεργαστών που μοιράζονται το φόρτο εργασίας και αποδίδουν καλύτερα. Επιπλέον, αναπτύσσεται και μια νέα ομάδα συστημάτων, αυτά με επεξεργαστές εξειδικευμένους για μια εφαρμογή. Πρόκειται για μια παραλλαγή των ASIC κυκλωμάτων, τα λεγόμενα ASIP (Application Specific Integrated Processors). Οι επεξεργαστές αυτοί, βελτιστοποιούνται για μια συγκεκριμένη εφαρμογή, έχοντας ωστόσο τις δυνατότητες να σηκώσουν και άλλες εφαρμογές. Καθιστωνται έτσι ιδιαίτερα ενδιαφέρουσες προτάσεις για μια πληθώρα εφαρμογών. Στην παρούσα εργασία, ασχοληθήκαμε με την υλοποίηση και σύγκριση πολύ-επεξεργαστικών συστημάτων, προσαρμοσμένων για την κρυπτογράφηση δεδομένων με τον αλγόριθμο DES. Αναλύεται η απόδοση ενός μόνο-επεξεργαστικού συστήματος στην συγκεκριμένη εφαρμογή και συγκρίνεται με αρχιτεκτονικές που περιλαμβάνουν από δυο εως πέντε επεξεργαστές, σε διάφορες συνδεσμολογίες. Η προσαρμογή των επεξεργαστών γίνεται είτε επιλέγοντας συγκεκριμένες cache εντολών ή cache δεδομένων έτσι ώστε να ελαχιστοποιούνται οι αστοχίες, είτε επεκτείνοντας το σετ εντολών του επεξεργαστή, ώστε συγκεκριμένες εντολές να βελτιώνουν την απόδοση του επεξεργαστή σε εφαρμογές κρυπτογράφησης με τον αλγόριθμο DES. Προκειμένου να γίνουν όλα τα παραπάνω χρησιμοποιήθηκαν μοντέλα των επεξεργαστών Xtensa LX2, της Tensilica, μια γενιά επεξεργαστών με μεγάλες δυνατότητες παραμετροποίησης. Επιπλέον χρησιμοποιήθηκε το περιβάλλον Xtensa Xplorer της Tensilica, το οποίο επιτρέπει εύκολα την μέτρηση της απόδοσης των επεξεργαστών LX2 καθώς και την παραμετροποίηση τους με βάση κάποια συγκεκριμένη εφαρμογή. Στην παρούσα εργασία, η εφαρμογή αυτή ήταν το πρόγραμμα προσομοίωσης της διαδικασίας κρυπτογράφησης με τον αλγόριθμο DES, της σουίτας προγραμμάτων Powerstone.
description: At the start of the 21st century, there is a new “trend” in computer systems, systems with more than one processors. The integrated circuits industry, trying to catch up to Moore’s law, has created processors whom output of heat makes necessary to include advance cooling systems, but they’re reaching their limit. The model of the superfast and powerful sole processor, gives way to the model of the multi-processors system, where the workload is divided and the performance is enhanced. Furthermore, a new group of systems is being developed, with processors optimized for one particular application. Named ASIP (Application Specific Integrated Processors), these systems are optimized for one application like an ASIC, but have the extra ability to be able to run other applications, with relatively good performance. In this paper, we tried to analyze and design multicore systems, optimized for the DES algorithm. We analyzed the performance of a single-core architecture for that particular application and we compared it with the performances of other architectures with two, three, or five processors. The processors were optimized by choosing specific data and instruction caches to reduce cache misses and the instruction set was extended with specific instructions to speed-up the process of the DES algorithm. In the above explorations, we used models of the Xtensa LX2 processor by Tensilica, a processor family with great customization abilities. Furthermore, we worked with the Xtensa Xplorer IDE, which allows us to easily measure the performance of every configuration we create, and optimize our processors accordingly. As a benchmark, we used the DES application, included in the Powerstone, benchmark suite.