Modello predittivo e proposta metodologica per stima di uso della CPU in sistemi infotainment multi-core = Prediction model and methodology proposal for CPU usage estimation in multi-core infotainment systems

Il dimensionamento di un sistema, di qualsiasi natura, che rispetti i requisiti richiesti al minor costo possibile è una sfida ardua. La sfida si complica ulteriormente se le condizioni da soddisfare variano rapidamente, sia durante il design e lo sviluppo del sistema, sia durante il suo ciclo di vita, fino alla conclusione del periodo di produzione. È pertanto sempre più pressante la necessità di disporre di strumenti, sia analitici, sia semi-empirici per predire le prestazioni del sistema dato una configurazione hardware/software e ottimizzare i costi sia di sviluppo, sia di bill of material (BOM). Lo scopo di questo lavoro consiste nella presentazione di un modello predittivo che permetta di dedurre e verificare il giusto mix di potenza computazionale che una suite software, eseguita su un sistema infotainment automotive, deve disporre per garantire un certo livello di prestazioni. Il modello proposto si basa su una nuova formulazione dell’espressione di incremento prestazionale a fronte dell’aggiunta di una risorsa di calcolo addizionale; questa formulazione prevede come fattori chiave il numero di Voluntary e Unvoluntary Context Switch che ogni thread subisce durante l’esecuzione in una finestra temporale di osservazione, inseriti in una nuova espressione della legge di Amdahl. I risultati ottenuti mostrano che il modello proposto è in grado di predire correttamente l’andamento dei suddetti valori e il trend generale del vantaggio computazionale atteso, dando chiare indicazioni del numero di cores necessari a saturare la capacità potenziale del software di giovarsi di una risorsa computazionale aggiuntiva. La raccolta dei dati sul campo è generalmente dispendiosa, sia in termini di tempo, sia in costi di esercizio poiché ogni sessione richiede l’esecuzione del software su un sistema installato su un veicolo reale. In questo lavoro è stato proposto un approccio statistico al problema, definendo un metodo di generazione di sequenze di “RUN-WAIT” rappresentanti, per ogni thread, le richieste di accesso o meno alla CPU da parte dei singoli thread. I risultati ottenuti e il loro confronto con i risultati ottenuti tramite l’analisi dei dati raccolti sul sistema reale, confermano la possibilità di modellare statisticamente il comportamento dei thread costituenti la suite software e, di conseguenza, generare i corrispettivi eventi di Voluntary e Unvoluntary Context Switch tramite la simulazione della loro esecuzione attraverso lo scheduler semplificato. Questa evidenza sperimentale incoraggia ad utilizzare questo metodo per verificare, tramite l’aggiunta ragionata di pacchetti di thread con determinati livelli di “CPU-Bound” e “I/O-Bound”, l’impatto sul sistema, in termini di prestazioni, aggiungendo una nuova funzionalità, determinando di conseguenza se sia vantaggioso introdurre un incremento di capacità computazionale e stimandone la quantità più adeguata. La strategia proposta trova pertanto applicazione immediata negli scenari che un progettista di sistemi infotainment si trova oggi ad affrontare: la convergenza di una sempre maggiore quantità di funzionalità in una singola centralina; la necessaria valutazione dell’effettivo utilizzo da parte della componente software delle risorse di sistema messe a disposizione.