Multikärnor – industrinära forskning på vetenskaplig grund

Mats Brorsson är professor i datorarkitektur och har funnits vid KTH ICT i Kista sedan 2000. Han disputerade 1994 vid Lunds universitet på datorer med flera processorkärnor som jobbar parallellt – det som numera fått den modernare beteckningen Multicore. Han var tidigt ute, och det är först nu som området på allvar väcker intresse inom industrin.

När vi träffas står Mats Brorsson i begrepp att lämna rollen som grundutbildningsansvarig vid KTH ICT – en roll som inneburit att han bara kunnat forska på en liten del av sin tid de senaste fyra åren. Det går inte at ta miste på att han ser fram emot att kunna ägna sig mer åt forskningen inom Multicore.

– Jag började intressera mig för området redan 1985 som nybliven doktorand, säger Mats Brorsson. Jag disputerade också på området. Men först nu har industrin fått upp ögonen för området. Fram till några år in på 2000-talet gick det att öka prestandan på processorer genom att i första hand öka klockfrekvensen, men det går inte längre för då skulle chipen smälta av all värme som utvecklas.

Alla programmerare måste kunna programmera för multikärnor hävdar Mats Brorsson, men få kan det än så länge. Det finns heller inte särskilt mycket utbildning inom området ännu annat än inom specialiserade utbildningsprogram.

– På IT-programmet i Kista finns dock en obligatorisk kurs som ges av Christian Schulte i årskurs två, berättar Mats Brorsson. Men jag skulle vilja är att det här genomsyrar många fler kurser. Men just nu tycks vi inte ha så mycket kraft att göra så stora förändringar i kursplanerna.

Vid sidan av sin forskning kommer han självfallet att undervisa. Han håller kurser inom sitt område på två av skolans masterprogram. Kurserna är inte obligatoriska, men många väljer dem ändå. Mats Brorsson jobbar en del med uppdragsutbildning åt Ericsson – något som kan förväntas öka i framtiden.

Det är bråda tider för Mats Brorsson som nu ska bygga upp en mer fullskalig forskningsgrupp inom Multicore. Hans forskning har ju gått på sparlåga under åren när han var grundutbildningsansvarig så det blir lite som att börja från början.

– Nu har jag finansiering från VINNOVA för projektet IMCORE (Industrial Multicore Research) med en total budget om 7,7 Mkr, förklarar Mats. Och så har jag fått ett treårigt EU-anslag om 4 Mkr. Men det behövs mer forskningsanslag.

I IMCORE bidrar industripartners med tid och/eller pengar. Hans egen forskningsgrupp är så länge lösligt sammansatt med två seniora forskare. Därutöver finns två doktorander, några exjobbare och 6-7 intresserade studenter. Forskargruppen har sina lokaler på SICS – där andra seniora forskare inom området finns.
– Jag är forskare och lämnade aldrig forskningen under tiden som grundutbildningsansvarig, berättar Mats Brorsson. Jag har t ex deltagit i forskningsnätverk för att hålla mig à jour.

Men även om han aldrig lämnade forskningen under åren som grundutbildningsansvarig så är det tufft att få pengar för att starta något nytt från början.

– Nu handlar det om att sätta mig själv på kartan och vara mer synlig, förklarar Mats. Jag räknar med att delta mer aktivt i nätverk på europanivå. Och i höstas hade jag ett prestigefyllt och spännande EU-uppdrag.

Och det handlar om att Mats Brorsson är en av fem europeiska forskare som fått i uppdrag att bidra till ett work program för ”software engineering for Multicore”. Varje forskare ska ge presentation av sin syn på området och ge ett slags ”position statement”. Detta avslutas med ett gemensamt rundabordssamtal. Det hela ska mynna ut i ett program för EU inom Multicore.

Verksamheten kan sägas vara industrinära, men ska ändå vila på en vetenskaplig grund. betonar Mats. Idag kan man köpa processorer med ca 100 kärnor. Och industrin jobbar med prototyper med 300-400 kärnor för närvarande.

– Vi inom akademin kan inte tillverka chip som kan tävla med det, understryker Mats Brorsson. Det vi kan göra är att simulera modeller med 1000 kärnor och på så vis hjälpa industrin. Jag räknar med att vi ser de första chipen med 1000 kärnor år 2015.

Mats Brorsson är mycket nöjd med sina industrikontakter. I IMCORE samverkar han med Ericsson, Saab och Enea – därutöver har han också kontakter med bl a Microsoft, SUN, Sony Ericsson, Freescale, Altera och National Instrument.

Mats Brorsson var med och startade ”Swedish Multicore Inititative 2008 som samlar både akademi och industri inom området tillsammans med bl a Swedsoft och dess medlemsföretag.

Forskningen inom Multicore handlar dels om resurshantering – d v s beräkningskraft, bandbredd, gränssnitt etc - för att åstadkomma mest energieffektiva processorer, dels om programmeringsaspekter – d v s hur programmen ska samsas och fungerar samtidigt.

– Vi har också börjat med ett särskilt programmeringsspråk för Multicore liksom med forskning kring arkitekturfrågorna, berättar Mats Brorsson. Vi vet ju att för att åstadkomma effektiv hårdvara måste man kunna programmering,

Mats samverkar nära med flera forskare i Kista. Det handlar om Vlad Vlassov och hans forskning inom distribuerade system, liksom om Seif Haridi som han samarbetat med i över 20 år. På SICS finns kollegan Karl-Filip Faxén som är expert på flerkärning analys och parallellism liksom Konstatin Popov som forskar på modellering av programvara. Mats Brorsson är forskningsledare och initiativtagare för Kista Multicore Center som samlar forskare inom Multicoreområdet.

– Det vi har gjort har väckt stort intresse – inte bara här i Sverige, understryker Mats Brorsson. Svensk forskning inom Multicore är väl ansedd i Europa.

Huvudsakliga forskningsintressen

• Energimedveten datorarkitektur och -system
• Delad adressering för multiprocessorsystem
• Programmeringsmodeller för parallell programmering (t ex OpenMP)
• Visualisering och stöd för verktyg för prestanda
• Programvarudistribuerat delat minne
• System för stöd för delad adressering

Kista Multicore Center (KMC)

The Kista Multicore Center behandlar alla aspekter av multicorerevolutionen med initialt fokus på programmeringsmodeller för multi(core)processorer. KMC är ett gemensamt initiativ av SICS, KTH och Uppsala universitet och är medlem och koordinator av Swedish Multicore Initiative.

Läs mer om Kista Multicore Center

Swedish Multicore Initiative

Swedish Multicore Initiative är en gemensam satsning av programvaruindustrin och akademin för att möta utmaningar och möjligheter inom multicore.
All programvaruutveckling måste göras för parallella dator för att vara framtidssäkra. Skälet är övergången till multicoreprocessorer som ett sätt att öka prestandan i framtiden processorer.
The Swedish Multicore Initiative är en nationell satsning för att koordinera aktiviteter inom området för att tillgodose den svenska programvaruindustrin.

Läs mer om Swedish Multicore Initiative