Análisis y diseño de un procesador RISC simple para adquisición y proceso de datos

Aquest projecte té com a objectiu l'anàlisi de prestacions de processadors RISC de baix cost i el disseny d'un processador RISC simple per a aplicacions de propòsit general relacionades amb l'adquisició i el procés simple de dades. Com a resultat es presenta el processador SR3C de 32 bits i arquitectura RISC. Aquest processador s'ha descrit i simulat mitjançant el llenguatge de descripció de hardware VHDL i s'ha sintetitzat en una FPGA. El processador està preparat per poder utilitzar-se en SoCs reals gràcies al compliment de l'estàndard de busos Wishbone. A més també es pot utilitzar com plataforma educativa gràcies a l'essamblador i simulador desenvolupats.

Simulació d'arquitectures VLIW

L'objectiu d'aquest projecte es dissenyar i implementar en Java una interfície gràfica que permeti simular l'arquitectura VLIW. Ha d'interactuar amb un simulador ja existent, VEX, i amb l'usuari. VEX permet analitzar, desenvolupar i depurar codi escrit en C sobre un processador VLIW configurable, des dels recursos hardware fíns al comportament de la "caché". L'interfície gràfica desenvolupada es diu JavaVEX. Té el gran avantatge d'evitar la introducció de les comandes de text que necesita VEX perquè son substituïdes per elements. És una eina més intuïtiva, ràpida i eficient. JavaVEX mostra informació sobre el codi C traduït a instruccions VLIW de fins a 4 operacions. També mostra els resultats de les instrucciones VLIW simulades. JavaVEX s'ha incorporat a un LiveCD. Així es pot executar l'aplicació sobre qualsevol ordinador. La finalitat docent de JavaVEX és ser utilitzada en les pràctiques de l'assignatura Arquitectura per a Computadors 2.

Arquitectura wormhole per a una NoC 2D-Mesh

Aquest projecte presenta la implementació d'un disseny, i la seva posterior síntesi en una FPGA, d'una arquitectura de tipus wormhole packet switching per a una infraestructura de NetWork-On-Chip amb una topologia 2D-Mesh. Agafant un router circuit switching com a punt de partida, s'han especificat els mòduls en Verilog per tal d'obtenir l'arquitectura wormhole desitjada. Dissenyar la màquina de control per governar els flits que conformen els paquets dins la NoC,i afegir les cues a la sortida del router (outuput queuing) són els punts principals d'aquest treball. A més, com a punt final s'han comparat ambdues arquitectures de router en termes de costos en àrea i en memòria i se n’han obtingut diverses conclusions i resultats experimentals.

Visió per computador en una plataforma basada en un DSP

En aquest projecte s'usa el servidor de vídeo d'Axis Communications 242s IV, basat en el DSP TMS320DM642 de Texas Instruments, com a plataforma per a la implementació d'un algorisme d'extracció de fons i pel desenvolupament d'una solució completa de comptatge de persones per a càmera zenital. En el primer cas, s'ha optimitzat i comparat el rendiment de l'algorisme amb el d'una versió per a PC per a avaluar el DSP com a processador per a lamigració d'una aplicació completa de vídeovigilància. En el segon cas s'han integrat tots els components del servidor en el desenvolupament del comptador per avaluar la plataforma com a base per a solucions completes.

La biblioteca recombinada: portals i persones

Aquest article explora el disseny i l'ús dels portals en un entorn bibliotecari. Tracta les motivacions per construir portals, així com l'estructura i la tipologia d'aquests. A més, examina l'entorn de l'usuari en què es desenvolupen aquests portals. També argumenta que aporten serveis útils d'integració i presentació, però que s'han de considerar com a component d'un conjunt de serveis més ampli que la biblioteca està construint per tal d'introduir aquests recursos útils als usuaris. Així mateix, considera breument els serveis que els portals ofereixen: consulta distribuïda o metacerca, personalització, demandes, resolució OpenURL, avisos, etc. També considera l'emergent necessitat de serveis de directori o de registre per a coses com la descripció de col·leccions i serveis, dades de drets i polítiques, etc. Tracta l'impacte dels serveis web i el canvi en els models d'investigació i aprenentatge en relació al subministrament i ús d'informació en xarxa. Finalment, considera els serveis bibliotecaris com a part d'un entorn de sistemes, cada vegada més ric, que inclou els sistemes de gestió d'aprenentatge i de programari educatiu, portals de campus, serveis compartits com l'autenticació, i altres sistemes i serveis.

Analyzing the effects of transient faults into applications

As computer chips implementation technologies evolve to obtain more performance, those computer chips are using smaller components, with bigger density of transistors and working with lower power voltages. All these factors turn the computer chips less robust and increase the probability of a transient fault. Transient faults may occur once and never more happen the same way in a computer system lifetime. There are distinct consequences when a transient fault occurs: the operating system might abort the execution if the change produced by the fault is detected by bad behavior of the application, but the biggest risk is that the fault produces an undetected data corruption that modifies the application final result without warnings (for example a bit flip in some crucial data). With the objective of researching transient faults in computer system’s processor registers and memory we have developed an extension of HP’s and AMD joint full system simulation environment, named COTSon. This extension allows the injection of faults that change a single bit in processor registers and memory of the simulated computer. The developed fault injection system makes it possible to: evaluate the effects of single bit flip transient faults in an application, analyze an application robustness against single bit flip transient faults and validate fault detection mechanism and strategies.

Análisis y sintonización de aplicaciones paralelas/distribuidas de bioinformática: caso de estudio mpiBLAST

En termes de temps d'execució i ús de dades, les aplicacions paral·leles/distribuïdes poden tenir execucions variables, fins i tot quan s'empra el mateix conjunt de dades d'entrada. Existeixen certs aspectes de rendiment relacionats amb l'entorn que poden afectar dinàmicament el comportament de l'aplicació, tals com: la capacitat de la memòria, latència de la xarxa, el nombre de nodes, l'heterogeneïtat dels nodes, entre d'altres. És important considerar que l'aplicació pot executar-se en diferents configuracions de maquinari i el desenvolupador d'aplicacions no port garantir que els ajustaments de rendiment per a un sistema en particular continuïn essent vàlids per a d'altres configuracions. L'anàlisi dinàmica de les aplicacions ha demostrat ser el millor enfocament per a l'anàlisi del rendiment per dues raons principals. En primer lloc, ofereix una solució molt còmoda des del punt de vista dels desenvolupadors mentre que aquests dissenyen i evaluen les seves aplicacions paral·leles. En segon lloc, perquè s'adapta millor a l'aplicació durant l'execució. Aquest enfocament no requereix la intervenció de desenvolupadors o fins i tot l'accés al codi font de l'aplicació. S'analitza l'aplicació en temps real d'execució i es considra i analitza la recerca dels possibles colls d'ampolla i optimitzacions. Per a optimitzar l'execució de l'aplicació bioinformàtica mpiBLAST, vam analitzar el seu comportament per a identificar els paràmetres que intervenen en el rendiment d'ella, com ara: l'ús de la memòria, l'ús de la xarxa, patrons d'E/S, el sistema de fitxers emprat, l'arquitectura del processador, la grandària de la base de dades biològica, la grandària de la seqüència de consulta, la distribució de les seqüències dintre d'elles, el nombre de fragments de la base de dades i/o la granularitat dels treballs assignats a cada procés. El nostre objectiu és determinar quins d'aquests paràmetres tenen major impacte en el rendiment de les aplicacions i com ajustar-los dinàmicament per a millorar el rendiment de l'aplicació. Analitzant el rendiment de l'aplicació mpiBLAST hem trobat un conjunt de dades que identifiquen cert nivell de serial·lització dintre l'execució. Reconeixent l'impacte de la caracterització de les seqüències dintre de les diferents bases de dades i una relació entre la capacitat dels workers i la granularitat de la càrrega de treball actual, aquestes podrien ser sintonitzades dinàmicament. Altres millores també inclouen optimitzacions relacionades amb el sistema de fitxers paral·lel i la possibilitat d'execució en múltiples multinucli. La grandària de gra de treball està influenciat per factors com el tipus de base de dades, la grandària de la base de dades, i la relació entre grandària de la càrrega de treball i la capacitat dels treballadors.

Disseny d'un adaptador d'IPs per a NoCs tolerants a falles

L’aparició d’un nou paradigma per al disseny de sistemes multiprocessador, les NoC; requereixen una manera d’adaptar els IP cores ja existents i permetre la seva connexió en xarxa. Aquest projecte presenta un disseny d’una interfície que aconsegueix adaptar un IP core existent, el LEON3; del protocol del bus AMBA al protocol de la xarxa. D’aquesta manera i basant-nos en idees d’interfícies discutides en l’estat de l’art, aconseguim desacoblar el processador del disseny i topologia de la xarxa.

Diseño de filtros de onda acústica basados en estructuras "half lattice"

En los últimos tiempos la telefonía móvil ha experimentado una reducción de los terminales gracias a la miniaturización de los filtros a frecuencias de microondas. Los filtros pasa banda más utilizados son los basados en la tecnología SAW, sin embargo son incompatibles con tecnologías de silicio y su comportamiento se degrada a frecuencias superiores de 3 GHz, por ello los estudios actuales se centran en la tecnología BAW. Las dos arquitecturas convencionales de filtros basados en resonadores BAW unidos eléctricamente son el ladder y lattice. Sin embargo, en este proyecto se estudiará la topología half lattice, la cual presenta un mejor comportamiento y unas dimensiones más reducidas. Para ello se obtendrán las ecuaciones de diseño del filtro, y con ellas se realizará la implementación a partir de la frecuencia central y el ancho de banda relativo.

Mejorando la robustez de aplicaciones frente a fallos transitorios

Computer chips implementation technologies evolving to obtain more performance are increasing the probability of transient faults. As this probability grows and on-chip solutions are expensive or tend to degrade processor performance, the efforts to deal with these transient faults in higher levels (such as the operating system or even at the application level) are increasing. Mostly, these efforts are trying to avoid silent data corruptions using hardware, software and hybrid based techniques to add redundancy to detect the errors generated by the transient faults. This work presents our proposal to improve the robustness of applications with source code based transformation adding redundancy. Also, our proposal takes account of the tradeoff between the improved robustness and the overhead generated by the added redundancy.

Alineamiento de secuencias genéticas en procesadores multicore

Este trabajo analiza el rendimiento del algoritmo de alineamiento de secuencias conocido como Needleman-Wunsch, sobre 3 sistemas de cómputo multiprocesador diferentes. Se analiza y se codifica el algoritmo serie usando el lenguaje de programación C y se plantean una serie de optimizaciones con la finalidad de minimizar el volumen y el tiempo de cómputo. Posteriormente, se realiza un análisis de las prestaciones del programa sobre los diferentes sistemas de cómputo. En la segunda parte del trabajo, se paraleliza el algoritmo serie y se codifica ayudándonos de OpenMP. El resultado son dos variantes del programa que difieren en la relación entre la cantidad de cómputo y la de comunicación. En la primera variante, la comunicación entre procesadores es poco frecuente y se realiza tras largos periodos de ejecución (granularidad gruesa). En cambio, en la segunda variante las tareas individuales son relativamente pequeñas en término de tiempo de ejecución y la comunicación entre los procesadores es frecuente (granularidad fina). Ambas variantes se ejecutan y analizan en arquitecturas multicore que explotan el paralelismo a nivel de thread. Los resultados obtenidos muestran la importancia de entender y saber analizar el efecto del multicore y multithreading en el rendimiento.

Entorno gráfico de configuración para el soft-core OpenRISC

Aquest projecte consisteix en la realització d'un entorn gràfic que serveixi per generar SoCs basats en el processador soft-core OpenRISC. Aquest entorn permetrà afegir diferents components de manera dinàmica a un repositori d’IPs, mostrar i sel·leccionar qualsevol component disponible dins d’aquest repositori, amb la finalitat d’unir-los al bus del sistema i fer-los accessibles al processador OpenRISC. L’entorn també mostrarà en tot moment com va evolucionant el nostre SoC, guardarà cadascún dels projectes que es realitzen amb aquest entorn i finalment permetrà generar el SoC dissenyat.

Factores de rendimiento en entornos multicore

Este documento refleja el estudio de investigación para la detección de factores que afectan al rendimiento en entornos multicore. Debido a la gran diversidad de arquitecturas multicore se ha definido un marco de trabajo, que consiste en la adopción de una arquitectura específica, un modelo de programación basado en paralelismo de datos, y aplicaciones del tipo Single Program Multiple Data. Una vez definido el marco de trabajo, se han evaluado los factores de rendimiento con especial atención al modelo de programación. Por este motivo, se ha analizado la librería de threads y la API OpenMP para detectar aquellas funciones sensibles de ser sintonizadas al permitir un comportamiento adaptativo de la aplicación al entorno, y que dependiendo de su adecuada utilización han de mejorar el rendimiento de la aplicación.

Parallelization of whole genome alignment

With the advent of High performance computing, it is now possible to achieve orders of magnitude performance and computation e ciency gains over conventional computer architectures. This thesis explores the potential of using high performance computing to accelerate whole genome alignment. A parallel technique is applied to an algorithm for whole genome alignment, this technique is explained and some experiments were carried out to test it. This technique is based in a fair usage of the available resource to execute genome alignment and how this can be used in HPC clusters. This work is a rst approximation to whole genome alignment and it shows the advantages of parallelism and some of the drawbacks that our technique has. This work describes the resource limitations of current WGA applications when dealing with large quantities of sequences. It proposes a parallel heuristic to distribute the load and to assure that alignment quality is mantained.

Design of Novel Frequency Generation Circuit with Application to Ultra-Wideband Distributed Oscillators

Given the urgence of a new paradigm in wireless digital trasmission which should allow for higher bit rate, lower latency and tigher delay constaints, it has been proposed to investigate the fundamental building blocks that at the circuital/device level, will boost the change towards a more efficient network architecture, with high capacity, higher bandwidth and a more satisfactory end user experience. At the core of each transciever, there are inherently analog devices capable of providing the carrier signal, the oscillators. It is strongly believed that many limitations in today's communication protocols, could be relieved by permitting high carrier frequency radio transmission, and having some degree of reconfigurability. This led us to studying distributed oscillator architectures which work in the microwave range and possess wideband tuning capability. As microvave oscillators are essentially nonlinear devices, a full nonlinear analyis, synthesis, and optimization had to be considered for their implementation. Consequently, all the most used nonlinear numerical techniques in commercial EDA software had been reviewed. An application of all the aforementioned techniques has been shown, considering a systems of three coupled oscillator ("triple push" oscillator) in which the stability of the various oscillating modes has been studied. Provided that a certain phase distribution is maintained among the oscillating elements, this topology permits a rise in the output power of the third harmonic; nevertheless due to circuit simmetry, "unwanted" oscillating modes coexist with the intenteded one. Starting with the necessary background on distributed amplification and distributed oscillator theory, the design of a four stage reverse mode distributed voltage controlled oscillator (DVCO) using lumped elments has been presented. All the design steps have been reported and for the first time a method for an optimized design with reduced variations in the output power has been presented. Ongoing work is devoted to model a wideband DVCO and to implement a frequency divider.