Senior/Principal Researcher: Next-generation NPU and Agentic CPU Micro-architecture

Die Forschung untersucht die nächste Generation von Neural Processing Units (NPUs), mit besonderem Fokus auf die Kern-Mikroarchitektur. Dies umfasst das Frontend (Branch Prediction, BTB, Instruction Prefetchers), Registerdateien, Issue- und Wake-up-Logik, skalare funktionale Einheiten, vektorielle funktionale Einheiten und Tensor-Einheiten; das Backend (TLBs, L1, Scratchpads); sowie die breiteren Cache-Hierarchien und Speichersysteme, die sie speisen. Parallel dazu wird eine neue Generation von CPUs erforscht, die auf die agentische KI-Ära zugeschnitten sind. Da agentenbasierte Systeme nun nicht nur auf der GPU/NPU, sondern auch auf der CPU Zeit verbringen – zur Handhabung von Toolaufrufen, Agentenlogik-Planung, Kontextmanagement und ähnlichen Aufgaben – muss die CPU widerstandsfähig gegenüber burstartiger Berechnung sein und in der Lage sein, schnell zwischen Kontexten zu wechseln, ohne die Ressourcenverschwendung und die begrenzten On-Chip-Kontexte, die die heutigen Designs einschränken (von denen die meisten nur 2-Wege-SMT unterstützen).

Untersuchen und Prototypisieren neuer architektonischer Merkmale, einschließlich, aber nicht beschränkt auf:

• NPU Core Mikroarchitektur: Erforschung von Frontend-Mechanismen (Branch Prediction, BTB, Instruction Prefetching), Organisation der Registerdatei, Issue- und Wake-up-Logik sowie das Design von skalaren, vektoriellen und tensoralen funktionalen Einheiten zur Maximierung des Durchsatzes und der Auslastung für KI-Workloads.
• NPU Backend und Speichersystem: Untersuchung von Backend-Strukturen einschließlich TLBs, L1-Caches und Scratchpads sowie Cache-Hierarchien und Speichersystemen, die hohe Bandbreite und niedrige Latenz zu den Recheneinheiten aufrechterhalten.
• Agentische CPU-Architektur: Design von CPUs, die auf agentische KI zugeschnitten sind, bei denen der Prozessor Toolaufrufe, Agentenlogik-Planung und Kontextmanagement neben akzeleratorgebundenen Arbeiten behandelt.
• Widerstandsfähigkeit gegenüber burstartiger Berechnung und Kontextwechsel: Entwicklung architektonischer Unterstützung für schnellen Kontextwechsel und hohe Thread-Level-Konkurrenz, die über das konventionelle 2-Wege-SMT hinausgeht und die Ressourcenverschwendung und die begrenzte Kontextkapazität aktueller Designs mindert.

Produzieren und Präsentieren von Forschungsarbeiten auf erstklassigen Konferenzen und in Fachzeitschriften (z.B. ASPLOS, ISCA, MICRO, HPCA). Etablierung und Pflege von Kooperationen mit führenden akademischen Institutionen und Fakultäten. Mentoring und Unterstützung von Junior-Forschern und Praktikanten in ihrer beruflichen Entwicklung.

Anforderungen:

• PhD in Informatik, Elektrotechnik oder einem verwandten Bereich.
• Starker Hintergrund in Computerarchitektur und Mikroarchitektur ist ein Muss.
• Kreativität und die Fähigkeit, außerhalb der Box zu denken, um innovative Technologien zu entwickeln.
• Forschungserfahrung und/oder fundierte Kenntnisse in mindestens einem der folgenden Bereiche:
• Computerarchitektur und Mikroarchitektur: Computerarchitektur und Mikroarchitektur moderner Intel/ARM/AMD CPUs, Nvidia GPUs oder Googles TPUs.
• Erfahrung mit Computerarchitektursimulatoren: Gem5, ChampSim, Sniper, ZSim oder QFlex.
• Vektor- und Matrixerweiterungen: ARM SVE/SME oder Intel SSE/AVX/AMX.
• GPU-Programmiermodell: Verständnis von CUDA-Kernen und PTX/SASS-Anweisungen.
• Mikroarchitektur-Charakterisierung: Verständnis von Profilierung und Charakterisierung sowie Engpassanalyse von Anwendungen auf CPU/GPUs über Performance Monitoring Units (PMUs).
• Nachweisliche Erfolge beim Veröffentlichen von Forschungsarbeiten in erstklassigen Konferenzen oder Fachzeitschriften.
• Ausgezeichnete analytische, problemlösende und systematische Denkfähigkeiten.
• Starke Entwicklungs- und Prototyping-Fähigkeiten sind ein Muss.
• Starke zwischenmenschliche Fähigkeiten, mit einem kooperativen Geist und der Fähigkeit, unabhängig zu arbeiten.

Warum zu uns kommen:

• Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern und Ingenieuren von Weltklasse in einer offenen, neugiergesteuerten Umgebung;
• Zugang zu modernster Technologie und Werkzeugen;
• Chancen für berufliches Wachstum und Entwicklung;
• Wettbewerbsfähiges Gehalt und eine hohe Lebensqualität in Zürich, im Herzen Europas;
• Last but certainly not least: Teil innovativer Projekte sein, die einen Unterschied machen.