Gpu@sat devkit: potenciando el desarrollo de computación en el borde a bordo de satélites en la era del espacio-iot
Autores: Benelli, Gionata; Todaro, Giovanni; Monopoli, Matteo; Giuffrida, Gianluca; Donati, Massimiliano; Fanucci, Luca
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Gpu@sat devkit: potenciando el desarrollo de computación en el borde a bordo de satélites en la era del espacio-iot
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Avances
Tecnología
Sistemas integrados
Redes IoT
Computación en el borde
GPU@SAT DevKit
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 26
Citaciones: Sin citaciones
Los avances en tecnología han impulsado la miniaturización de los sistemas integrados, haciéndolos más rentables y eficientes energéticamente para aplicaciones inalámbricas. Como resultado, el número de dispositivos conectables en las redes de Internet de las cosas (IoT) ha aumentado significativamente, creando el desafío de vincularlos de manera efectiva y económica. La industria espacial ha reconocido durante mucho tiempo este desafío e invertido en infraestructura satelital para redes de IoT, explotando el potencial de las tecnologías de computación en el borde. En este contexto, es de vital importancia mejorar las capacidades informáticas a bordo de los satélites y desarrollar tecnologías habilitadoras para su avance. Esto es necesario para garantizar que los satélites puedan conectar dispositivos reduciendo la latencia, la utilización del ancho de banda y los costos de desarrollo, e mejorando las medidas de privacidad y seguridad. Este documento presenta el GPU@SAT DevKit: un ecosistema para probar un acelerador de propósito general de alto rendimiento diseñado para FPGAs y adecuado para tareas de computación en el borde en satélites. Este ecosistema proporciona una forma simplificada de explotar el procesamiento GPGPU en el espacio, permitiendo tiempos de desarrollo más rápidos y un uso de recursos más eficiente. Diseñado para FPGAs y adaptado a tareas de computación en el borde, el acelerador GPU@SAT imita la arquitectura paralela de una GPU, permitiendo a los desarrolladores aprovechar sus capacidades manteniendo la flexibilidad. Su compatibilidad con OpenCL simplifica el proceso de desarrollo, permitiendo una implementación más rápida de aplicaciones basadas en satélites. El DevKit se implementó y probó en una placa de evaluación Zynq UltraScale+ MPSoC de Xilinx, integrando el núcleo IP de GPU@SAT con el procesador integrado del sistema. Se utiliza un enfoque cliente/servidor para ejecutar aplicaciones, lo que permite a los usuarios configurar y ejecutar núcleos fácilmente a través de un documento XML simple. Esta interfaz intuitiva proporciona a los usuarios finales la capacidad de ejecutar y evaluar el rendimiento y la funcionalidad del núcleo sin lidiar con las complejidades subyacentes del acelerador en sí. Al hacer que el núcleo IP de GPU@SAT sea más accesible, el DevKit reduce significativamente el tiempo de desarrollo y reduce la barrera de entrada para las soluciones de computación en el borde basadas en satélites. El DevKit también se comparó con otras soluciones de procesamiento a bordo, demostrando un rendimiento similar.
Descripción
Los avances en tecnología han impulsado la miniaturización de los sistemas integrados, haciéndolos más rentables y eficientes energéticamente para aplicaciones inalámbricas. Como resultado, el número de dispositivos conectables en las redes de Internet de las cosas (IoT) ha aumentado significativamente, creando el desafío de vincularlos de manera efectiva y económica. La industria espacial ha reconocido durante mucho tiempo este desafío e invertido en infraestructura satelital para redes de IoT, explotando el potencial de las tecnologías de computación en el borde. En este contexto, es de vital importancia mejorar las capacidades informáticas a bordo de los satélites y desarrollar tecnologías habilitadoras para su avance. Esto es necesario para garantizar que los satélites puedan conectar dispositivos reduciendo la latencia, la utilización del ancho de banda y los costos de desarrollo, e mejorando las medidas de privacidad y seguridad. Este documento presenta el GPU@SAT DevKit: un ecosistema para probar un acelerador de propósito general de alto rendimiento diseñado para FPGAs y adecuado para tareas de computación en el borde en satélites. Este ecosistema proporciona una forma simplificada de explotar el procesamiento GPGPU en el espacio, permitiendo tiempos de desarrollo más rápidos y un uso de recursos más eficiente. Diseñado para FPGAs y adaptado a tareas de computación en el borde, el acelerador GPU@SAT imita la arquitectura paralela de una GPU, permitiendo a los desarrolladores aprovechar sus capacidades manteniendo la flexibilidad. Su compatibilidad con OpenCL simplifica el proceso de desarrollo, permitiendo una implementación más rápida de aplicaciones basadas en satélites. El DevKit se implementó y probó en una placa de evaluación Zynq UltraScale+ MPSoC de Xilinx, integrando el núcleo IP de GPU@SAT con el procesador integrado del sistema. Se utiliza un enfoque cliente/servidor para ejecutar aplicaciones, lo que permite a los usuarios configurar y ejecutar núcleos fácilmente a través de un documento XML simple. Esta interfaz intuitiva proporciona a los usuarios finales la capacidad de ejecutar y evaluar el rendimiento y la funcionalidad del núcleo sin lidiar con las complejidades subyacentes del acelerador en sí. Al hacer que el núcleo IP de GPU@SAT sea más accesible, el DevKit reduce significativamente el tiempo de desarrollo y reduce la barrera de entrada para las soluciones de computación en el borde basadas en satélites. El DevKit también se comparó con otras soluciones de procesamiento a bordo, demostrando un rendimiento similar.