Die Rekonfigurationsfähigkeiten von FPGAs bieten den Entwicklern eine erweiterte Flexibilität in Bezug auf die Wartbarkeit der Hardware. FPGAs können die auf ihnen abgebildeten Hardwarefunktionen ändern, indem Sie die Anwendung offline nehmen, eine neue Konfiguration auf das FPGA herunterladen (und möglicherweise neue Software für den Prozessor, falls vorhanden) und das System neu booten. Die Rekonfiguration ist in diesem Fall ein von der Ausführung der Anwendung unabhängiger Prozess. Ein anderer Ansatz ist derjenige, der die Rekonfiguration des FPGA als Teil der Anwendung selbst betrachtet und ihr die Fähigkeit verleiht, die auf dem Chip konfigurierte Hardware während der Ausführungszeit an die Bedürfnisse einer bestimmten Situation anzupassen. In diesem Fall bezeichnen wir diese Rekonfiguration als dynamische Rekonfiguration und der Rekonfigurationsprozess wird als Teil der Anwendungsausführung betrachtet und nicht als eine Phase vor der Ausführung. Dieses Modul veranschaulicht eine besondere Technik, die die beiden vorangegangenen erweitert und die für die meisten neueren FPGA-Bausteine praktikabel ist: die partielle dynamische Rekonfiguration. Um zu verstehen, worum es sich bei dieser Technik handelt, müssen die Konzepte der rekonfigurierbaren Datenverarbeitung, der statischen und dynamischen Rekonfiguration sowie die Taxonomie der dynamischen Rekonfiguration selbst analysiert werden. Auf diese Weise kann die partielle dynamische Rekonfiguration korrekt in die Reihe der Systementwicklungstechniken eingeordnet werden, die auf einem modernen FPGA-Chip implementiert werden können.

Nach der Vorstellung verschiedener Lösungen, die für den Entwurf und die Implementierung dynamischer rekonfigurierbarer Systeme vorgeschlagen wurden, wird in diesem Modul eine allgemeine und vollständige Entwurfsmethodik beschrieben, die als Leitfaden für den Entwurf rekonfigurierbarer Rechnersysteme dienen kann. Um ein rekonfigurierbares Computersystem zu entwerfen und zu implementieren, benötigen Designer Computer-Aided Design (CAD)-Tools für das Systemdesign und die Implementierung, z.B. ein Design-Analyse-Tool für das Architekturdesign, ein Synthese-Tool für die Hardwarekonstruktion, einen Simulator für die Simulation des Hardwareverhaltens und ein Platzierungs- und Routing-Tool für das Schaltungslayout. Wir können diese Tools selbst entwickeln oder auch kommerzielle Tools und Plattformen für das Design rekonfigurierbarer Systeme verwenden. Die erste Option bedeutet eine beträchtliche Investition an Zeit und Aufwand, um eine spezifische und optimierte Lösung für das gegebene Problem zu entwickeln, während die zweite Option die Wiederverwendung von Wissen, Kernen und Software ermöglicht, um schneller zu einer guten Lösung für dasselbe Problem zu gelangen. Dieses Modul führt die Studenten durch einen historischen Überblick darüber, wie sich CAD-Frameworks im Laufe der Jahre entwickelt haben. Dies geschieht, um zu zeigen, wie schnell sich die Technologie weiterentwickelt und welche Überlegungen hinter den Entscheidungen stehen, die getroffen wurden, um die Erfahrung der Benutzer bei der Arbeit mit einem FPGA-basierten System zu verbessern. Es werden nicht nur kommerzielle Tools beschrieben, sondern auch die persönliche Reise des Kursleiters und seines Forschungsteams, angefangen von seinen Anfängen als Doktorand bis hin zu den Forschungsherausforderungen, an denen sie heute arbeiten.

Wir arbeiten an der Spitze der Forschung auf dem Gebiet des rekonfigurierbaren Computings. FPGA-Technologien werden nicht mehr nur als eigenständige Lösungen/Plattformen verwendet, sondern sind jetzt in Cloud-Infrastrukturen integriert. Sie werden nun sowohl zur Beschleunigung von Infrastruktur-/Backend-Berechnungen als auch als Service eingesetzt, der von jedermann genutzt werden kann. In diesem Zusammenhang stehen wir vor der Definition neuer Forschungsmöglichkeiten und technologischer Verbesserungen, und der Zeitpunkt könnte unter diesem Gesichtspunkt nicht besser sein. Was jetzt benötigt wird, sind neue Tools für die Erstellung von Plattformen, Überwachungs- und Profiling-Infrastrukturen, bessere Laufzeitmanagementsysteme, statische und dynamische Workload-Partitionierung, um nur einige mögliche Forschungsbereiche zu nennen. Dieses Modul bildet den Abschluss dieses Kurses, wirft aber auch interessante Fragen zu möglichen zukünftigen Forschungsrichtungen auf, die die Studenten auch auf andere Coursera-Kurse zu FPGAs hinweisen können.