Simulations of parasitic and intrinsic capacitances related to Multiple-Gate-Field-Effect Transistor architectures

Report for the scientific sojourn carried out at the Université Catholique de Louvain, Belgium, from March until June 2007. In the first part, the impact of important geometrical parameters such as source and drain thickness, fin spacing, spacer width, etc. on the parasitic fringing capacitance component of multiple-gate field-effect transistors (MuGFET) is deeply analyzed using finite element simulations. Several architectures such as single gate, FinFETs (double gate), triple-gate represented by Pi-gate MOSFETs are simulated and compared in terms of channel and fringing capacitances for the same occupied die area. Simulations highlight the great impact of diminishing the spacing between fins for MuGFETs and the trade-off between the reduction of parasitic source and drain resistances and the increase of fringing capacitances when Selective Epitaxial Growth (SEG) technology is introduced. The impact of these technological solutions on the transistor cut-off frequencies is also discussed. The second part deals with the study of the effect of the volume inversion (VI) on the capacitances of undoped Double-Gate (DG) MOSFETs. For that purpose, we present simulation results for the capacitances of undoped DG MOSFETs using an explicit and analytical compact model. It monstrates that the transition from volume inversion regime to dual gate behaviour is well simulated. The model shows an accurate dependence on the silicon layer thickness,consistent withtwo dimensional numerical simulations, for both thin and thick silicon films. Whereas the current drive and transconductance are enhanced in volume inversion regime, our results show thatintrinsic capacitances present higher values as well, which may limit the high speed (delay time) behaviour of DG MOSFETs under volume inversion regime.

Capacity-approaching rate function for layered multiantenna architectures

The simultaneous use of multiple transmit and receive antennas can unleash very large capacity increases in rich multipath environments. Although such capacities can be approached by layered multi-antenna architectures with per-antenna rate control, the need for short-term feedback arises as a potential impediment, in particular as the number of antennas—and thus the number of rates to be controlled—increases. What we show, however, is that the need for short-term feedback in fact vanishes as the number of antennas and/or the diversity order increases. Specifically, the rate supported by each transmit antenna becomes deterministic and a sole function of the signal-to-noise, the ratio of transmit and receive antennas, and the decoding order, all of which are either fixed or slowly varying. More generally, we illustrate -through this specific derivation— the relevance of some established random CDMA results to the single-user multi-antenna problem.

Per-antenna rate and power control for MIMO layered architectures in the low- and high-power regimes

In a MIMO layered architecture, several codewordsare transmitted from a multiplicity of antennas. Although thespectral efficiency is maximized if the rates of these codewordsare separately controlled, the feedback rate within the linkadaptation loop is reduced if they are constrained to be identical.This poses a direct tradeoff between performance andfeedback overhead. This paper provides analytical expressionsthat quantify the difference in spectral efficiency between bothapproaches for arbitrary numbers of antennas. Specifically, thecharacterization takes place in the realm of the low- and highpowerregimes via expansions that are shown to have a widerange of validity.In addition, the possibility of adjusting the transmit powerof each codeword individually is considered as an alternative tothe separate control of their rates. Power allocation, however,turns out to be inferior to rate control within the context of thisproblem.

Combining Generic Programming and Service-Oriented Architectures for the Effective and Timely Development of Complex e-Learning Systems

Peer-reviewed

Supramolecular Gold Metallogelators: The Key Role of Metallophilic Interactions

Gold metallogelators is an emerging area of research. The number of results published in the literature is still scarce. The majority of these gels is observed in organic solvents, and the potential applications are still to be explored. In this work, we present an overview about gold metallogelators divided in two different groups depending on the type of solvent used in the gelation process (organogelators and hydrogelators). A careful analysis of the data shows that aurophilic interactions are a common motif directly involved in gelation involving Au(I) complexes. There are also some Au(III) derivatives able to produce gels but in this case the organic ligands determine the aggregation process. A last section is included about the potential applications that have been reported until now with this new and amazing class of supramolecular assemblies.

Supramolecular chemistry for nanomedicine

Mimicking Nature, supramolecular chemistry represents the chemistry beyond the molecule, in view that intermolecularinteractions constitute the driving force for the preparation of molecular and supramolecular assemblies, using the chemicalinformation contained in molecular building blocks. Upon molecular recognition between discrete units, chemical processessuch as self-assembly and self-organisation start operating, and are the leading processes to build up supramolecular aggregates and materials. When those materials have dimensions on thenanometric scale, a recently emerging scientific discipline is defined,Nanoscience. Nanomaterials are promising tools for many applications, and their use in biomedical and clinical applicationsdefines the so-called Nanomedicine. In this review we present a few selected examples of nanomaterials designed for therapeutical purposes, emphasizing the importance of the preparation methodology in terms of their therapeutical use.

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.

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.

Benchmarks i mètriques d'avaluació de plataformes encastades multimèdia

Aquest projecte compara les possibilitats per a aplicacions multimèdia d'algunes de les arquitectures de processador que podem trobar en sistemes encastats. Per fer-ho s'ha seleccionat una sèrie de benchmarks que inclouen una mostra d'aplicacions multimèdia, així com un conjunt de benchmarks que ens permet mesurar aspectes d'un sistema operatiu GNU/Linux. També s'ha determinat quines haurien de ser les principals mètriques a considerar en el context dels sistemes encastats.

Análisis de prestaciones de procesadores multi-core y multi-thread

Los procesadores multi-core y el multi-threading por hardware permiten aumentar el rendimiento de las aplicaciones. Por un lado, los procesadores multi-core combinan 2 o más procesadores en un mismo chip. Por otro lado, el multi-threading por hardware es una técnica que incrementa la utilización de los recursos del procesador. Este trabajo presenta un análisis de rendimiento de los resultados obtenidos en dos aplicaciones, multiplicación de matrices densas y transformada rápida de Fourier. Ambas aplicaciones se han ejecutado en arquitecturas multi-core que explotan el paralelismo a nivel de thread pero con un modelo de multi-threading diferente. Los resultados obtenidos muestran la importancia de entender y saber analizar el efecto del multi-core y multi-threading en el rendimiento.

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.

Gestión de recursos en nodos multi-core de memoria compartida

La gestión de recursos en los procesadores multi-core ha ganado importancia con la evolución de las aplicaciones y arquitecturas. Pero esta gestión es muy compleja. Por ejemplo, una misma aplicación paralela ejecutada múltiples veces con los mismos datos de entrada, en un único nodo multi-core, puede tener tiempos de ejecución muy variables. Hay múltiples factores hardware y software que afectan al rendimiento. La forma en que los recursos hardware (cómputo y memoria) se asignan a los procesos o threads, posiblemente de varias aplicaciones que compiten entre sí, es fundamental para determinar este rendimiento. La diferencia entre hacer la asignación de recursos sin conocer la verdadera necesidad de la aplicación, frente a asignación con una meta específica es cada vez mayor. La mejor manera de realizar esta asignación és automáticamente, con una mínima intervención del programador. Es importante destacar, que la forma en que la aplicación se ejecuta en una arquitectura no necesariamente es la más adecuada, y esta situación puede mejorarse a través de la gestión adecuada de los recursos disponibles. Una apropiada gestión de recursos puede ofrecer ventajas tanto al desarrollador de las aplicaciones, como al entorno informático donde ésta se ejecuta, permitiendo un mayor número de aplicaciones en ejecución con la misma cantidad de recursos. Así mismo, esta gestión de recursos no requeriría introducir cambios a la aplicación, o a su estrategia operativa. A fin de proponer políticas para la gestión de los recursos, se analizó el comportamiento de aplicaciones intensivas de cómputo e intensivas de memoria. Este análisis se llevó a cabo a través del estudio de los parámetros de ubicación entre los cores, la necesidad de usar la memoria compartida, el tamaño de la carga de entrada, la distribución de los datos dentro del procesador y la granularidad de trabajo. Nuestro objetivo es identificar cómo estos parámetros influyen en la eficiencia de la ejecución, identificar cuellos de botella y proponer posibles mejoras. Otra propuesta es adaptar las estrategias ya utilizadas por el Scheduler con el fin de obtener mejores resultados.

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.

Desarrollo del proceso DELOS-susp para la encapsulación de fármacos hidrofílicos en vesículas unilamelares pequeñas

En los últimos años el crecimiento de la nanotecnología ha revolucionado el mundo de la investigación farmacológica promoviendo la investigación de nuevos vehículos de transporte de fármacos de tamaño nanométrico denominados “drug nanocarriers” entre los cuales las vesículas y las partículas poliméricas biodegradables son los que se han estudiado más ampliamente. Estas entidades son interesantes ya que pueden mejorar la biodisponibilidad del activo y pueden ser empleadas como materiales inteligentes que pueden transportar el activo al sitio específico de acción. A pesar de haber sido demostrado que con estos dispositivos en muchos casos se consigue administrar el fármaco de un modo más eficiente que administrando éste en su forma libre, el éxito de estos “nanocarriers” está ligado al desarrollo de tecnologías reproducibles, eficientes, respetuosas con el medio ambiente y fácilmente escalables que permitan su producción a escala industrial. A día de hoy las tecnologías basadas en fluidos comprimidos (FCs), que emergieron a principio de los años 90 como una alternativa al uso de disolventes líquidos convencionales en la producción de materiales micro- y nanoparticulados, están siendo investigadas para la producción de diversos “nanocarriers”. Algunas de las ventajas de estas tecnologías son: la reducción en el uso de disolventes orgánicos, el empleo de bajas temperaturas de procesado, disminución del número de etapas de producción, ser fácilmente escalables y reproducibles. A su vez, este tipo de procesos permiten obtener productos más uniformes estructuralmente que aquellos obtenidos mediante tecnologías convencionales. Dentro de este marco el grupo Nanomol (ICMAB-CSIC) ha desarrollado el proceso DELOS-susp, basado en el uso de fluidos comprimidos, para la obtención en un solo paso de producción vesículas unilamelares pequeñas (SUVs) con elevada uniformidad tanto a nivel de tamaño y morfología como a nivel supramolecular con aplicación en nanomedicina. Como un paso más en el desarrollo del proceso DELOS-susp para la producción de SUVs, en este proyecto se ha estudiado y probado la viabilidad de este proceso para le encapsulación de activos hidrofílicos en vesículas catiónicas de colesterol:CTAB usando sulfato de gentamicina como activo hidrofílico modelo y se ha demostrado la factibilidad de un escalado del proceso por un factor de 50.

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.