Software approach to improve the reliability of parallel applications implemented on multi-core and many-core processors

La grande capacité de calcul, flexibilité, faible consommation d'énergie, redondance intrinsèque et la haute performance fournie par les processeurs multi/many-cœur les rendent idéaux pour surmonter les nouveaux défis dans les systèmes informatiques. Cependant, le degré d'intégration de ces dispositifs augmente leur sensibilité aux effets des radiations naturelles. Par conséquent, des fabricants, partenaires industriels et universitaires travaillent ensemble pour améliorer les caractéristiques de ces dispositifs ce qui permettrait leur utilisation dans des systèmes embarqués et critiques. Dans ce contexte, le travail effectué dans le cadre de cette thèse vise à évaluer l'impact des SEEs (Single Event Effects) dans des applications parallèles s'exécutant sur des processeurs multi-cœur et many-cœur, et développer et valider une approche logicielle pour améliorer la fiabilité du système appelée N- MoRePar. La méthodologie utilisée pour l'évaluation était fondée sur des études de cas multiples. Les différents scénarios mis en œuvre envisagent une large gamme de configurations de système en termes de mode de multi-processing, modèle de programmation, modèle de mémoire et des ressources utilisées. Pour l'expérimentation, deux dispositifs COTS ont été sélectionnés: le quad-core Freescale PowerPC P2041 en technologie SOI 45nm, et le processeur multi-cœur KALRAY MPPA-256 en CMOS 28nm. Les études de cas ont été évaluées par l'injection de fautes et par des campagnes des tests sur neutron. Les résultats obtenus servent de guide aux développeurs pour choisir la configuration du système la plus fiable en fonction de leurs besoins. En outre, les résultats de l'évaluation de l'approche N-MoRePar basée sur des critères de redondance et de partitionnement augmente l'utilisation des processeurs COTS multi/many-cœur dans des systèmes qui requièrent haute fiabilité.The large computing capacity, great flexibility, low power consumption, intrinsic redundancy and high performance provided by multi/many-core processors make them ideal to overcome with the new challenges in computing systems. However, the degree of scale integration of these devices increases their sensitivity to the effects of natural radiation. Consequently manufacturers, industrial and university partners are working together to improve their characteristics which allow their usage in critical embedded systems. In this context, the work done throughout this thesis aims at evaluating the impact of SEEs on parallel applications running on multi-core and many-core processors, and proposing a software approach to improve the system reliability. The methodology used for evaluation was based on multiple-case studies. The different scenarios implemented consider a wide range of system configurations in terms of multi-processing mode, programming model, memory model, and resources used. For the experimentation, two COTS devices were selected: the Freescale PowerPC P2041 quad-core built in 45nm SOI technology, and the KALRAY MPPA-256 many-core processor built in 28nm CMOS technology. The case-studies were evaluated through fault-injection and neutron radiation. The obtained results serve as useful guidelines to developers for choosing the most reliable system configuration according to their requirements. Furthermore, the evaluation results of the proposed N-MoRePar fault-tolerant approach based on redundancy and partitioning criteria boost the usage of COTS multi/many-core processors in high level dependability systems