Aceleración de Algoritmos en Procesadores Multicore, GPGPU y FPGA. Algorithm Acceleration with Multicore, GPGPU and FPGA Processors.

El avance en la potencia de cómputo en nuestros días viene dado por la paralelización del procesamiento, dadas las características que disponen las nuevas arquitecturas de hardware. Utilizar convenientemente este hardware impacta en la aceleración de los algoritmos en ejecución (programas). Sin embargo, convertir de forma adecuada el algoritmo en su forma paralela es complejo, y a su vez, esta forma, es específica para cada tipo de hardware paralelo. En la actualidad los procesadores de uso general más comunes son los multicore, procesadores paralelos, también denominados Symmetric Multi-Processors (SMP). Hoy en día es difícil hallar un procesador para computadoras de escritorio que no tengan algún tipo de paralelismo del caracterizado por los SMP, siendo la tendencia de desarrollo, que cada día nos encontremos con procesadores con mayor numero de cores disponibles. Por otro lado, los dispositivos de procesamiento de video (Graphics Processor Units - GPU), a su vez, han ido desarrollando su potencia de cómputo por medio de disponer de múltiples unidades de procesamiento dentro de su composición electrónica, a tal punto que en la actualidad no es difícil encontrar placas de GPU con capacidad de 200 a 400 hilos de procesamiento paralelo. Estos procesadores son muy veloces y específicos para la tarea que fueron desarrollados, principalmente el procesamiento de video. Sin embargo, como este tipo de procesadores tiene muchos puntos en común con el procesamiento científico, estos dispositivos han ido reorientándose con el nombre de General Processing Graphics Processor Unit (GPGPU). A diferencia de los procesadores SMP señalados anteriormente, las GPGPU no son de propósito general y tienen sus complicaciones para uso general debido al límite en la cantidad de memoria que cada placa puede disponer y al tipo de procesamiento paralelo que debe realizar para poder ser productiva su utilización. Los dispositivos de lógica programable, FPGA, son dispositivos capaces de realizar grandes cantidades de operaciones en paralelo, por lo que pueden ser usados para la implementación de algoritmos específicos, aprovechando el paralelismo que estas ofrecen. Su inconveniente viene derivado de la complejidad para la programación y el testing del algoritmo instanciado en el dispositivo. Ante esta diversidad de procesadores paralelos, el objetivo de nuestro trabajo está enfocado en analizar las características especificas que cada uno de estos tienen, y su impacto en la estructura de los algoritmos para que su utilización pueda obtener rendimientos de procesamiento acordes al número de recursos utilizados y combinarlos de forma tal que su complementación sea benéfica. Específicamente, partiendo desde las características del hardware, determinar las propiedades que el algoritmo paralelo debe tener para poder ser acelerado. Las características de los algoritmos paralelos determinará a su vez cuál de estos nuevos tipos de hardware son los mas adecuados para su instanciación. En particular serán tenidos en cuenta el nivel de dependencia de datos, la necesidad de realizar sincronizaciones durante el procesamiento paralelo, el tamaño de datos a procesar y la complejidad de la programación paralela en cada tipo de hardware. Today´s advances in high-performance computing are driven by parallel processing capabilities of available hardware architectures. These architectures enable the acceleration of algorithms when thes ealgorithms are properly parallelized and exploit the specific processing power of the underneath architecture. Most current processors are targeted for general pruposes and integrate several processor cores on a single chip, resulting in what is known as a Symmetric Multiprocessing (SMP) unit. Nowadays even desktop computers make use of multicore processors. Meanwhile, the industry trend is to increase the number of integrated rocessor cores as technology matures. On the other hand, Graphics Processor Units (GPU), originally designed to handle only video processing, have emerged as interesting alternatives to implement algorithm acceleration. Current available GPUs are able to implement from 200 to 400 threads for parallel processing. Scientific computing can be implemented in these hardware thanks to the programability of new GPUs that have been denoted as General Processing Graphics Processor Units (GPGPU).However, GPGPU offer little memory with respect to that available for general-prupose processors; thus, the implementation of algorithms need to be addressed carefully. Finally, Field Programmable Gate Arrays (FPGA) are programmable devices which can implement hardware logic with low latency, high parallelism and deep pipelines. Thes devices can be used to implement specific algorithms that need to run at very high speeds. However, their programmability is harder that software approaches and debugging is typically time-consuming. In this context where several alternatives for speeding up algorithms are available, our work aims at determining the main features of thes architectures and developing the required know-how to accelerate algorithm execution on them. We look at identifying those algorithms that may fit better on a given architecture as well as compleme

Diseño de sistemas de comunicaciones de alta velocidad. Design of high-speed communication systems.

El crecimiento exponencial del tráfico de datos es uno de los mayores desafíos que enfrentan actualmente los sistemas de comunicaciones, debiendo los mismos ser capaces de soportar velocidades de procesamiento de datos cada vez mas altas. En particular, el consumo de potencia se ha transformado en uno de los parámetros de diseño más críticos, generando la necesidad de investigar el uso de nuevas arquitecturas y algoritmos para el procesamiento digital de la información. Por otro lado, el análisis y evaluación de nuevas técnicas de procesamiento presenta dificultades dadas las altas velocidades a las que deben operar, resultando frecuentemente ineficiente el uso de la simulación basada en software como método. En este contexto, el uso de electrónica programable ofrece una oportunidad a bajo costo donde no solo se evaluan nuevas técnicas de diseño de alta velocidad sino también se valida su implementación en desarrollos tecnológicos. El presente proyecto tiene como objetivo principal el estudio y desarrollo de nuevas arquitecturas y algoritmos en electrónica programable para el procesamiento de datos a alta velocidad. El método a utilizar será la programación en dispositivos FPGA (Field-Programmable Gate Array) que ofrecen una buena relación costo-beneficio y gran flexibilidad para integrarse con otros dispositivos de comunicaciones. Para la etapas de diseño, simulación y programación se utilizaran herramientas CAD (Computer-Aided Design) orientadas a sistemas electrónicos digitales. El proyecto beneficiara a estudiantes de grado y postgrado de carreras afines a la informática y las telecomunicaciones, contribuyendo al desarrollo de proyectos finales y tesis doctorales. Los resultados del proyecto serán publicados en conferencias y/o revistas nacionales e internacionales y divulgados a través de charlas de difusión y/o encuentros. El proyecto se enmarca dentro de un área de gran importancia para la Provincia de Córdoba, como lo es la informática y las telecomunicaciones, y promete generar conocimiento de gran valor agregado que pueda ser transferido a empresas tecnológicas de la Provincia de Córdoba a través de consultorias o desarrollos de productos.

Optimización de Arquitecturas de Procesamiento Digital de Señales en Lógica Programable para Aplicaciones en Vuelos No Tripulados

En dispositivos electrónicos de última generación destinados a funciones de comunicación o control automático, los algoritmos de procesamiento digital de señales trasladados al hardware han ocupado un lugar fundamental. Es decir el estado de arte en el área de las comunicaciones y control puede resumirse en algoritmos basados en procesamiento digital de señales. Las implementaciones digitales de estos algoritmos han sido estudiadas en áreas de la informática desde hace tiempo. Sin embargo, aunque el incremento en la complejidad de los algoritmos modernos permite alcanzar desempeños atractivos en aplicaciones específicas, a su vez impone restricciones en la velocidad de operación que han motivado el diseño directamente en hardware de arquitecturas para alto rendimiento. En este contexto, los circuitos electrónicos basados en lógica programable, principalmente los basados en FPGA (Field-Programmable Gate Array), permiten obtener medidas de desempeño altamente confiables que proporcionan el acercamiento necesario hacia el diseño electrónico de circuitos para aplicaciones específicas “ASIC-VLSI” (Application Specific Integrated Circuit - Very Large Scale Integration). En este proyecto se analiza el diseño y la implementación de aquitecturas electrónicas para el procesamiento digital de señales, con el objeto de obtener medidas reales sobre el comportamiento del canal inalámbrico y su influencia sobre la estimación y el control de trayectoria en vehículos aéreos no tripulados (UAV, Unmanned Aerial Vehicle). Para esto se propone analizar un dispositivo híbrido basado en microcontroladores y circuitos FPGA y sobre este mismo dispositivo implementar mediante algoritmo un control de trayectoria que permita mantener un punto fijo en el centro del cuadro de una cámara de video a bordo de un UAV, que sea eficiente en términos de velocidad de operación, dimensiones y consumo de energía.

Plataforma Básica para dispositivos inteligentes

Se trata de un proyecto de diseño de una plataforma básica para dispositivos básicos o elementales en forma de una solución de hardware y software integrados. A partir de allí se dispondrá de diversos módulos para múltiples diseños a los que se les podrá agregar lo específico de cada aplicación en diversos ámbitos tales como automatización de viviendas, edificios inteligentes, máquinas expendedoras automáticas, electrodomésticos, sistemas automáticos de riego, instrumental de monitoreo clínico centralizado, electromedicina, etc.

Plataforma básica para una red de sensores inteligentes

Desarrollar en el marco de los proyectos PAV (Programade Área de Vacancia – PAV 2003-00076-0000 de la SECyT) y PROSUL (ProgramaSul-Americano de apoio ás Atividades de Cooperacao em Ciencia e tecnolofia Edital CNPq Nº 015/2004) las diferentes partes de un bloque de control paradispositivos básicos o elementales en forma de una solución de hardware ysoftware integrados. A partir de allí, junto a los módulos desarrollados en elproyecto previo, se implementará una red de censores inteligentes a la cual sele podrá agregar lo específico de aplicaciones en diversos ámbitos tales comoautomatización de viviendas, edificios inteligentes, máquinas expendedorasautomáticas, electrodomésticos, sistemas automáticos de riego, instrumental demonitoreo clínico centralizado, electromedicina, etc.

Plataforma informática aplicada como ayuda al proceso de enseñanza-aprendizaje de la educación primaria y secundaria de la Provincia de Córdoba: La integración de las Nuevas Tecnologías (NTICs) para el proceso de enseñanza-aprendizaje en entornos virtuales y colaborativos como complemento a la enseñanza tradicional

A partir del proyecto de Responsabilidad Social Universitaria del año 2008: “Aplicaciones del Análisis Matemático para el proceso de enseñanza aprendizaje de la Matemática: Escuelas de nivel medio de población económica comprometida de la ciudad de Córdoba”, de Gustavo A. Chiodi y Aldo Chami, realizado en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Católica de Córdoba, se pudo constatar a través de una investigación de campo las dificultades que presentaban los alumnos para realizar sus tareas extra-áulicas. Estas dificultades provenían en general de las siguientes categorías: a. alumnos que no tienen el suficiente grado de contención fuera del ámbito netamente escolar. b. alumnos que no pueden recurrir a un adulto en sus hogares para solicitarles ayuda en sus tareas escolares. c. alumnos que, estando acompañados por familiares, estos no pueden acompañar la actividad de las tareas que los alumnos deben entregar en clases siguientes. Una mirada actual y objetiva sobre esta realidad y en base a estos antecedentes permitió determinar que esta situación persiste en un gran número de familias social y económicamente comprometidas. Así la interacción efectiva entre los docentes, desde las propuestas de actividades curriculares por un lado, y los alumnos desde sus actividades extra-áulicas (deberes o tareas) por el otro, se ve afectada fuertemente. El presente proyecto, como plataforma educativa, inscripto en una realidad social compleja y de importancia vital para el desarrollo educativo de los alumnos intentará dar tratamiento a este problema ya no en forma particular para cada alumno sino en forma general y a varias disciplinas. El desafío de este proyecto multidisciplinario, en el que confluyen la Informática y la Educación, es desarrollar un espacio para que los alumnos de nivel primario y nivel medio puedan encontrar en él trayectorias formativas extra-áulicas mediadas por el conocimiento curricular y construyendo un lugar de encuentro e intercambio productivo, en este caso, en la red, en una aula virtual y en una experiencia extensionista mediada por la tecnología informática. La plataforma informática educativa permitirá al alumno poder recurrir a un acompañamiento virtual en la realización de sus tareas en el marco curricular del proceso educativo y abandonar el concepto de mero consumidor de tecnologías a utilizarlas para generar nuevas alternativas y vínculos, donde de un modo creativo pueda generar conocimiento

Plataforma de Telemedicina utilizando Android OS

Las enfermedades crónicas, especialmente enfermedades del corazón, diabetes, pulmonares, son un problema que tiene un impacto dramático en la productividad de las personas afectadas y en el costo de la asistencia sanitaria. Además, en personas de edad avanzada que pueden sufrir caídas por el deterioro de su sistema de locomoción resultaría adecuado el registro permanente del movimiento. Esto es especialmente necesario para aquellos que viven solos y/o en zonas rurales, donde los sistemas de salud pública no llegan, o lo hacen de manera deficiente. Por ello, en zonas rurales es previsible que se produzca un aumento de la demanda de atención a través de sistemas de telemedicina, lo cual, estimulará a pequeñas instituciones de salud a ofrecer este tipo de servicio. Algunos trabajos recientes sugieren que la tecnología móvil para la telemedicina podría reducir costos y mejorar la eficacia del tratamiento de enfermedades. En este trabajo se propone un sistema de telemedicina de bajo costo para monitorear parámetros fisiológicos (ECG y parámetros biomecánicos) en forma remota, desde zonas rurales o urbanas, utilizando telefonía móvil con sistema operativo Android y un servidor remoto para el almacenamiento masivo de datos. Se utiliza un sistema embebido con microcontrolador ColdFire V1 de 32 bits de la Empresa Freescale para adquirir las señales fisiológicas y biomecánicas, y enviarlas al dispositivo móvil a través del protocolo Bluetooth. Los datos adquiridos en el sistema móvil son almacenados masivamente en la tarjeta de memoria flash en forma local; y luego son enviados al servidor remoto por medio de GPRS u otro tipo de conexión a internet. Los parámetros son visualizados en la pantalla del teléfono móvil y en el servidor remoto, permitiendo el análisis y diagnóstico. Se evalúa la calidad de la transmisión de datos y la performance del sistema

Plataforma informática aplicada como ayuda al proceso de enseñanza-aprendizaje de la educación primaria y secundaria de la provincia de Córdoba: la integración de las nuevas tecnologías (ntics) para el proceso de enseñanza-aprendizaje en entornos virtuales y colaborativos como complemento a la enseñanza tradicional.

Desde la Facultad de Ingenierí­a de la Universidad Católica de Córdoba, se pudo constatar a través de una investigación de campo las dificultades que presentaban los alumnos de nivel primario y medio para realizar sus tareas extra-Áulicas. Estas dificultades provenían en general de las siguientes categorías: a. alumnos que no tienen el suficiente grado de contención fuera del Ámbito netamente escolar. b. alumnos que no pueden recurrir a un adulto en sus hogares para solicitarles ayuda en sus tareas escolares. c. alumnos que, estando acompañados por familiares, estos no pueden acompañar la actividad de las tareas que los alumnos deben entregar en clases siguientes. Actualmente, esta situación persiste en un gran número de familias económicamente comprometidas, impidiendo que se logre una interacción efectiva entre los docentes, desde las propuestas de actividades curriculares, y los alumnos desde sus actividades extra- Áulicas (deberes o tareas). El presente proyecto, como plataforma educativa, inscripto en una realidad social compleja y de importancia vital para el desarrollo educativo de los alumnos intentará dar tratamiento a este problema ya no en forma particular sino en forma general y a varias disciplinas. El desafío de este proyecto multidisciplinario, en el que confluyen la Informática y Educación, es desarrollar un espacio para que los alumnos de nivel primario y nivel medio puedan encontrar trayectorias formativas extra-Áulicas mediadas por el conocimiento curricular y construyendo un lugar de encuentro e intercambio productivo, en este caso, en la red, en una aula virtual y en una experiencia extensionista mediada por la tecnología informática.

Plataforma Framework distribuida para detección temprana de trastornos de déficit de atención en escuelas de nivel primario.

El desarrollo de dicho proyecto intenta dar solución a la problemática de la detección temprana y eficiente de los Trastornos de Déficit de Atención en las escuelas primarias, mediante la construcción de una plataforma informática framework segura, portable y con una interfaz simple y amigable, en entornos distribuídos para el armado de diferentes escenarios de evaluación, test y encuestas para el alumno, la familia y los educadores, que con un enfoque multidisciplinario recaba información permitiendo al profesional a cargo realizar una detección acertada, un diagnóstico eficaz y un tratamiento acorde a las deficiencias psicológicas y de aprendizaje. Proceso lento e imposible de llevar adelante en la actualidad. Modelo: el psicopedagogo genera los test en la plataforma y los activa para que cada alumno los realice en los laboratorios, sus padres y educadores completan las encuestas activas en internet o via mobile o acceden a los laboratorios del colegio. Psicopedagogos analizan resultados obtenidos y emiten conclusión sobre cada caso, para que padres pueden verlos por cualquier medio antes mencionado, siempre con acceso seguro, y a los sectores activados. Beneficios: sociales en la detección de problemas cognitivos en los niños en escuelas primarias, mejorando problemas de los grupos escolares en donde se encuentran niños con TDA, beneficiando la comunicación con las familias con todo lo referido a sus hijos. Las empresas serían otra posible implementación..

Diseño e implementación de una plataforma de red de sensores inalámbricos.

En el presente proyecto se propone el diseño e implementación de una plataforma de sensado inalámbrico. Para ello, es necesario el desarrollo de un nodo de Red de Sensores Inalámbricos (WSN, Wireless Sensor Network) y su implementación (hardware y software) mediante el uso de dispositivos programables que integren recursos analógicos, digitales y de señal mixta reconfigurables. Además se propone el modelado de una interfaz de sensado para permitir la fácil adaptación de la red a diferentes aplicaciones. El concepto de abstracción de hardware es utilizado para permitir una rápida portabilidad de la misma a distintas plataformas de sistemas embebidos. Para llevar a cabo esta tarea, se debe realizar previamente una caracterización de los sensores más comúnmente utilizados en aplicaciones WSN.

Plataforma informática aplicada como complemento a la enseñanza tradicional de la educación primaria y secundaria de la provincia de Córdoba. Integración de las ntics en los procesos de enseñanza-aprendizaje en entornos de sistemas móviles.

Desde la Facultad de Ingeniería de la Universidad Católica de Córdoba, se pudo constatar a través de una investigación de campo y de Responsabilidad Social Universitaria, las dificultades que presentaban los alumnos de nivel medio para realizar sus tareas extra-áulicas. Estas dificultades provenían en general de las siguientes categorías: a. alumnos que no tienen el suficiente grado de contención fuera del ámbito netamente escolar. b. alumnos que no pueden recurrir a un adulto en sus hogares para solicitarles ayuda en sus tareas escolares. c. alumnos que, estando acompañados por familiares, estos no pueden acompañar la actividad de las tareas que los alumnos deben entregar en clases siguientes. Actualmente, esta situación fundamentalmente persiste en familias que están en la línea de pobreza o por debajo de ella. Esta problemática impide que se logre una interacción productiva entre los docentes, desde las propuestas de actividades curriculares, y los alumnos desde sus actividades extra-áulicas (deberes o tareas). El resultado es la deserción y la repitencia de los alumnos. El presente proyecto, como plataforma informática-educativa, inscripto en una realidad social compleja y de importancia vital para el desarrollo educativo de alumnos que pueden quedar excluidos socialmente. El desafío de este proyecto, multidisciplinario, en el que confluyen la Informática, el diseño de software y la pedagogía, es continuar el desarrollo, de complejidad creciente, de un espacio virtual en el que los alumnos de nivel primario y nivel medio puedan encontrar en él trayectorias formativas extra-aúlicas mediadas por el conocimiento curricular utilizando las posibilidades de las NTICs. En una continuidad con proyectos anteriores, las aplicaciones desarrolladas se implementarán para las plataformas de Sistemas Móviles.