Tecniche di ottimizzazione del software per sistemi su singolo chip per applicazioni di Nomadic Computing

I moderni sistemi embedded sono equipaggiati con risorse hardware che consentono l’esecuzione di applicazioni molto complesse come il decoding audio e video. La progettazione di simili sistemi deve soddisfare due esigenze opposte. Da un lato è necessario fornire un elevato potenziale computazionale, dall’altro bisogna rispettare dei vincoli stringenti riguardo il consumo di energia. Uno dei trend più diffusi per rispondere a queste esigenze opposte è quello di integrare su uno stesso chip un numero elevato di processori caratterizzati da un design semplificato e da bassi consumi. Tuttavia, per sfruttare effettivamente il potenziale computazionale offerto da una batteria di processoriè necessario rivisitare pesantemente le metodologie di sviluppo delle applicazioni. Con l’avvento dei sistemi multi-processore su singolo chip (MPSoC) il parallel programming si è diffuso largamente anche in ambito embedded. Tuttavia, i progressi nel campo della programmazione parallela non hanno mantenuto il passo con la capacità di integrare hardware parallelo su un singolo chip. Oltre all’introduzione di multipli processori, la necessità di ridurre i consumi degli MPSoC comporta altre soluzioni architetturali che hanno l’effetto diretto di complicare lo sviluppo delle applicazioni. Il design del sottosistema di memoria, in particolare, è un problema critico. Integrare sul chip dei banchi di memoria consente dei tempi d’accesso molto brevi e dei consumi molto contenuti. Sfortunatamente, la quantità di memoria on-chip che può essere integrata in un MPSoC è molto limitata. Per questo motivo è necessario aggiungere dei banchi di memoria off-chip, che hanno una capacità molto maggiore, come maggiori sono i consumi e i tempi d’accesso. La maggior parte degli MPSoC attualmente in commercio destina una parte del budget di area all’implementazione di memorie cache e/o scratchpad. Le scratchpad (SPM) sono spesso preferite alle cache nei sistemi MPSoC embedded, per motivi di maggiore predicibilità, minore occupazione d’area e – soprattutto – minori consumi. Per contro, mentre l’uso delle cache è completamente trasparente al programmatore, le SPM devono essere esplicitamente gestite dall’applicazione. Esporre l’organizzazione della gerarchia di memoria ll’applicazione consente di sfruttarne in maniera efficiente i vantaggi (ridotti tempi d’accesso e consumi). Per contro, per ottenere questi benefici è necessario scrivere le applicazioni in maniera tale che i dati vengano partizionati e allocati sulle varie memorie in maniera opportuna. L’onere di questo compito complesso ricade ovviamente sul programmatore. Questo scenario descrive bene l’esigenza di modelli di programmazione e strumenti di supporto che semplifichino lo sviluppo di applicazioni parallele. In questa tesi viene presentato un framework per lo sviluppo di software per MPSoC embedded basato su OpenMP. OpenMP è uno standard di fatto per la programmazione di multiprocessori con memoria shared, caratterizzato da un semplice approccio alla parallelizzazione tramite annotazioni (direttive per il compilatore). La sua interfaccia di programmazione consente di esprimere in maniera naturale e molto efficiente il parallelismo a livello di loop, molto diffuso tra le applicazioni embedded di tipo signal processing e multimedia. OpenMP costituisce un ottimo punto di partenza per la definizione di un modello di programmazione per MPSoC, soprattutto per la sua semplicità d’uso. D’altra parte, per sfruttare in maniera efficiente il potenziale computazionale di un MPSoC è necessario rivisitare profondamente l’implementazione del supporto OpenMP sia nel compilatore che nell’ambiente di supporto a runtime. Tutti i costrutti per gestire il parallelismo, la suddivisione del lavoro e la sincronizzazione inter-processore comportano un costo in termini di overhead che deve essere minimizzato per non comprometterre i vantaggi della parallelizzazione. Questo può essere ottenuto soltanto tramite una accurata analisi delle caratteristiche hardware e l’individuazione dei potenziali colli di bottiglia nell’architettura. Una implementazione del task management, della sincronizzazione a barriera e della condivisione dei dati che sfrutti efficientemente le risorse hardware consente di ottenere elevate performance e scalabilità. La condivisione dei dati, nel modello OpenMP, merita particolare attenzione. In un modello a memoria condivisa le strutture dati (array, matrici) accedute dal programma sono fisicamente allocate su una unica risorsa di memoria raggiungibile da tutti i processori. Al crescere del numero di processori in un sistema, l’accesso concorrente ad una singola risorsa di memoria costituisce un evidente collo di bottiglia. Per alleviare la pressione sulle memorie e sul sistema di connessione vengono da noi studiate e proposte delle tecniche di partizionamento delle strutture dati. Queste tecniche richiedono che una singola entità di tipo array venga trattata nel programma come l’insieme di tanti sotto-array, ciascuno dei quali può essere fisicamente allocato su una risorsa di memoria differente. Dal punto di vista del programma, indirizzare un array partizionato richiede che ad ogni accesso vengano eseguite delle istruzioni per ri-calcolare l’indirizzo fisico di destinazione. Questo è chiaramente un compito lungo, complesso e soggetto ad errori. Per questo motivo, le nostre tecniche di partizionamento sono state integrate nella l’interfaccia di programmazione di OpenMP, che è stata significativamente estesa. Specificamente, delle nuove direttive e clausole consentono al programmatore di annotare i dati di tipo array che si vuole partizionare e allocare in maniera distribuita sulla gerarchia di memoria. Sono stati inoltre sviluppati degli strumenti di supporto che consentono di raccogliere informazioni di profiling sul pattern di accesso agli array. Queste informazioni vengono sfruttate dal nostro compilatore per allocare le partizioni sulle varie risorse di memoria rispettando una relazione di affinità tra il task e i dati. Più precisamente, i passi di allocazione nel nostro compilatore assegnano una determinata partizione alla memoria scratchpad locale al processore che ospita il task che effettua il numero maggiore di accessi alla stessa.

Forme e modelli di diafonia nella musica tradizionale italiana

La tesi di Dottorato espone i risultati dell’analisi condotta su alcune tipologie di canto profano a due parti, osservate nella tradizione orale di specifiche aree rurali: le espressioni diafoniche oggetto di indagine sono state individuate in diverse regioni, prevalentemente nell’Italia centro-meridionale e in Sicilia, con alcune propaggini nell’Italia nord-orientale e in alcune aree europee abitate da minoranze italiane (Istria slovena e croata). I documenti analizzati sono stati reperiti grazie alla ricerca sul campo e rintracciati anche nelle pubblicazioni discografiche, nei cataloghi dei più importanti archivi pubblici e privati italiani. Sono stati definiti i caratteri formali dei repertori e l’indagine realizzata ha inoltre condotto a una mappatura attestante la presenza di repertori vocali simili in diverse sub-aree della Penisola, confermando la estesa diffusione di pratiche diafoniche tradizionali in Italia. Sulla base di analogie e ricorrenze è stato rilevato che le espressioni diafoniche italiane possono essere attribuite a una remota tradizione comune: sebbene le peculiarità relative a ciascun repertorio siano in molti casi abbastanza marcate, le connotazioni strutturali e i modi performativi che distinguono tali repertori pare vogliano indicare di essere di fronte a testimonianze di una tradizione musicale arcaica, in cui è possibile individuare procedure e attitudini diafoniche simili e condivise. L’ultima parte dell’indagine espone alcune riflessioni emerse dal confronto tra le forme diafoniche analizzate e repertori polifonici conservati nella tradizione scritta, prendendo come punto di partenza gli studi di Nino Pirrotta: ne emergono considerazioni per l’individuazione e l’analisi di possibili comuni occorrenze all’interno di pratiche performative localmente convergenti, pur se subordinate a modi di trasmissione diversi (tradizione scritta e non scritta della musica).

Metodi di ottimizzazione morfologica nel progetto preliminare di propulsori aeronautici avanzati

The aim of this Doctoral Thesis is to develop a genetic algorithm based optimization methods to find the best conceptual design architecture of an aero-piston-engine, for given design specifications. Nowadays, the conceptual design of turbine airplanes starts with the aircraft specifications, then the most suited turbofan or turbo propeller for the specific application is chosen. In the aeronautical piston engines field, which has been dormant for several decades, as interest shifted towards turboaircraft, new materials with increased performance and properties have opened new possibilities for development. Moreover, the engine’s modularity given by the cylinder unit, makes it possible to design a specific engine for a given application. In many real engineering problems the amount of design variables may be very high, characterized by several non-linearities needed to describe the behaviour of the phenomena. In this case the objective function has many local extremes, but the designer is usually interested in the global one. The stochastic and the evolutionary optimization techniques, such as the genetic algorithms method, may offer reliable solutions to the design problems, within acceptable computational time. The optimization algorithm developed here can be employed in the first phase of the preliminary project of an aeronautical piston engine design. It’s a mono-objective genetic algorithm, which, starting from the given design specifications, finds the engine propulsive system configuration which possesses minimum mass while satisfying the geometrical, structural and performance constraints. The algorithm reads the project specifications as input data, namely the maximum values of crankshaft and propeller shaft speed and the maximal pressure value in the combustion chamber. The design variables bounds, that describe the solution domain from the geometrical point of view, are introduced too. In the Matlab® Optimization environment the objective function to be minimized is defined as the sum of the masses of the engine propulsive components. Each individual that is generated by the genetic algorithm is the assembly of the flywheel, the vibration damper and so many pistons, connecting rods, cranks, as the number of the cylinders. The fitness is evaluated for each individual of the population, then the rules of the genetic operators are applied, such as reproduction, mutation, selection, crossover. In the reproduction step the elitist method is applied, in order to save the fittest individuals from a contingent mutation and recombination disruption, making it undamaged survive until the next generation. Finally, as the best individual is found, the optimal dimensions values of the components are saved to an Excel® file, in order to build a CAD-automatic-3D-model for each component of the propulsive system, having a direct pre-visualization of the final product, still in the engine’s preliminary project design phase. With the purpose of showing the performance of the algorithm and validating this optimization method, an actual engine is taken, as a case study: it’s the 1900 JTD Fiat Avio, 4 cylinders, 4T, Diesel. Many verifications are made on the mechanical components of the engine, in order to test their feasibility and to decide their survival through generations. A system of inequalities is used to describe the non-linear relations between the design variables, and is used for components checking for static and dynamic loads configurations. The design variables geometrical boundaries are taken from actual engines data and similar design cases. Among the many simulations run for algorithm testing, twelve of them have been chosen as representative of the distribution of the individuals. Then, as an example, for each simulation, the corresponding 3D models of the crankshaft and the connecting rod, have been automatically built. In spite of morphological differences among the component the mass is almost the same. The results show a significant mass reduction (almost 20% for the crankshaft) in comparison to the original configuration, and an acceptable robustness of the method have been shown. The algorithm here developed is shown to be a valid method for an aeronautical-piston-engine preliminary project design optimization. In particular the procedure is able to analyze quite a wide range of design solutions, rejecting the ones that cannot fulfill the feasibility design specifications. This optimization algorithm could increase the aeronautical-piston-engine development, speeding up the production rate and joining modern computation performances and technological awareness to the long lasting traditional design experiences.

Italia e Francia nell'Ungheria di Trianon (1919-1939): due modelli di penetrazione politico-culturale

Italy and France in Trianon’s Hungary: two political and cultural penetration models During the first post-war, the Danubian Europe was the theatre of an Italian-French diplomatic challenge to gain hegemony in that part of the continent. Because of his geographical position, Hungary had a decisive strategic importance for the ambitions of French and Italian foreign politics. Since in the 1920s culture and propaganda became the fourth dimension of international relations, Rome and Paris developed their diplomatic action in Hungary to affirm not only political and economic influence, but also cultural supremacy. In the 1930, after Hitler’s rise to power, the unstoppable comeback of German political influence in central-eastern Europe determined the progressive decline of Italian and French political and economic positions in Hungary: only the cultural field allowed a survey of Italian-Hungarian and French-Hungarian relations in the contest of a Europe dominated by Nazi Germany during the Second World War. Nevertheless, the radical geopolitical changes in second post-war Europe did not compromise Italian and French cultural presence in the new communist Hungary. Although cultural diplomacy is originally motivated by contingent political targets, it doesn’t respect the short time of politics, but it’s the only foreign politics tool that guarantees preservations of bilateral relations in the long run.

Sviluppo di sperimentazioni per la produzione di getti in lega di alluminio a caratteristiche difettologiche e microstrutturali controllate, per la validazione di modelli di previsione delle porosità

Nei processi di progettazione e produzione tramite tecnologie di colata di componenti in alluminio ad elevate prestazioni, risulta fondamentale poter prevedere la presenza e la quantità di difetti correlabili a design non corretti e a determinate condizioni di processo. Fra le difettologie più comuni di un getto in alluminio, le porosità con dimensioni di decine o centinaia di m, note come microporosità, hanno un impatto estremamente negativo sulle caratteristiche meccaniche, sia statiche che a fatica. In questo lavoro, dopo un’adeguata analisi bibliografica, sono state progettate e messe a punto attrezzature e procedure sperimentali che permettessero la produzione di materiale a difettologia e microstruttura differenziata, a partire da condizioni di processo note ed accuratamente misurabili, che riproducessero la variabilità delle stesse nell’ambito della reale produzione di componenti fusi. Tutte le attività di progettazione delle sperimentazioni, sono state coadiuvate dall’ausilio di software di simulazione del processo fusorio che hanno a loro volta beneficiato di tarature e validazioni sperimentali ad hoc. L’apparato sperimentale ha dimostrato la propria efficacia nella produzione di materiale a microstruttura e difettologia differenziata, in maniera robusta e ripetibile. Utilizzando i risultati sperimentali ottenuti, si è svolta la validazione di un modello numerico di previsione delle porosità da ritiro e gas, ritenuto ad oggi allo stato dell’arte e già implementato in alcuni codici commerciali di simulazione del processo fusorio. I risultati numerici e sperimentali, una volta comparati, hanno evidenziato una buona accuratezza del modello numerico nella previsione delle difettologie sia in termini di ordini di grandezza che di gradienti della porosità nei getti realizzati.

Scenari finanziari e portafogli ottimi: modelli di previsione e strategie per l'asset allocation tattica

Le scelte di asset allocation costituiscono un problema ricorrente per ogni investitore. Quest’ultimo è continuamente impegnato a combinare diverse asset class per giungere ad un investimento coerente con le proprie preferenze. L’esigenza di supportare gli asset manager nello svolgimento delle proprie mansioni ha alimentato nel tempo una vasta letteratura che ha proposto numerose strategie e modelli di portfolio construction. Questa tesi tenta di fornire una rassegna di alcuni modelli innovativi di previsione e di alcune strategie nell’ambito dell’asset allocation tattica, per poi valutarne i risvolti pratici. In primis verificheremo la sussistenza di eventuali relazioni tra la dinamica di alcune variabili macroeconomiche ed i mercati finanziari. Lo scopo è quello di individuare un modello econometrico capace di orientare le strategie dei gestori nella costruzione dei propri portafogli di investimento. L’analisi prende in considerazione il mercato americano, durante un periodo caratterizzato da rapide trasformazioni economiche e da un’elevata volatilità dei prezzi azionari. In secondo luogo verrà esaminata la validità delle strategie di trading momentum e contrarian nei mercati futures, in particolare quelli dell’Eurozona, che ben si prestano all’implementazione delle stesse, grazie all’assenza di vincoli sulle operazioni di shorting ed ai ridotti costi di transazione. Dall’indagine emerge che entrambe le anomalie si presentano con carattere di stabilità. I rendimenti anomali permangono anche qualora vengano utilizzati i tradizionali modelli di asset pricing, quali il CAPM, il modello di Fama e French e quello di Carhart. Infine, utilizzando l’approccio EGARCH-M, verranno formulate previsioni sulla volatilità dei rendimenti dei titoli appartenenti al Dow Jones. Quest’ultime saranno poi utilizzate come input per determinare le views da inserire nel modello di Black e Litterman. I risultati ottenuti, evidenziano, per diversi valori dello scalare tau, extra rendimenti medi del new combined vector superiori al vettore degli extra rendimenti di equilibrio di mercato, seppur con livelli più elevati di rischio.