General-Purpose Computing on Graphic Processing Unit (GPGPU): metodi e tecnologie per lo sviluppo di applicazioni

Microprocessori basati su singolo processore (CPU), hanno visto una rapida crescita di performances ed un abbattimento dei costi per circa venti anni. Questi microprocessori hanno portato una potenza di calcolo nell’ordine del GFLOPS (Giga Floating Point Operation per Second) sui PC Desktop e centinaia di GFLOPS su clusters di server. Questa ascesa ha portato nuove funzionalità nei programmi, migliori interfacce utente e tanti altri vantaggi. Tuttavia questa crescita ha subito un brusco rallentamento nel 2003 a causa di consumi energetici sempre più elevati e problemi di dissipazione termica, che hanno impedito incrementi di frequenza di clock. I limiti fisici del silicio erano sempre più vicini. Per ovviare al problema i produttori di CPU (Central Processing Unit) hanno iniziato a progettare microprocessori multicore, scelta che ha avuto un impatto notevole sulla comunità degli sviluppatori, abituati a considerare il software come una serie di comandi sequenziali. Quindi i programmi che avevano sempre giovato di miglioramenti di prestazioni ad ogni nuova generazione di CPU, non hanno avuto incrementi di performance, in quanto essendo eseguiti su un solo core, non beneficiavano dell’intera potenza della CPU. Per sfruttare appieno la potenza delle nuove CPU la programmazione concorrente, precedentemente utilizzata solo su sistemi costosi o supercomputers, è diventata una pratica sempre più utilizzata dagli sviluppatori. Allo stesso tempo, l’industria videoludica ha conquistato una fetta di mercato notevole: solo nel 2013 verranno spesi quasi 100 miliardi di dollari fra hardware e software dedicati al gaming. Le software houses impegnate nello sviluppo di videogames, per rendere i loro titoli più accattivanti, puntano su motori grafici sempre più potenti e spesso scarsamente ottimizzati, rendendoli estremamente esosi in termini di performance. Per questo motivo i produttori di GPU (Graphic Processing Unit), specialmente nell’ultimo decennio, hanno dato vita ad una vera e propria rincorsa alle performances che li ha portati ad ottenere dei prodotti con capacità di calcolo vertiginose. Ma al contrario delle CPU che agli inizi del 2000 intrapresero la strada del multicore per continuare a favorire programmi sequenziali, le GPU sono diventate manycore, ovvero con centinaia e centinaia di piccoli cores che eseguono calcoli in parallelo. Questa immensa capacità di calcolo può essere utilizzata in altri campi applicativi? La risposta è si e l’obiettivo di questa tesi è proprio quello di constatare allo stato attuale, in che modo e con quale efficienza pùo un software generico, avvalersi dell’utilizzo della GPU invece della CPU.

UVA. Unità Vinicola Argentina.Una superquadras ecologica a Buenos Aires

“ Per anni ho creduto essere cresciuto in una periferia di Buenos Aires, periferia di strade avventurose e di tramonti visibili. In realtà sono cresciuto in un giardino, dietro le lance di un cancellata, e in una biblioteca di infiniti volumi inglesi. Quel Palermo del coltello e la chitarra (mi assicurano) era agli angoli delle strade, ma chi popolava le mie mattine e procurava un gradevole orrore alle mie notti erano il bucaniere cieco di Stevenson, agonizzante sotto gli zoccoli dei cavalli, e il traditore che abbandonò l’amico sulla luna, e il viaggiatore del tempo che riportò dal futuro un fiore appassito, e il genio prigioniero per secoli nell’anfora salomonica, e il profeta velato del Khorasan, che dietro le gemme e la seta nascondeva la lebbra. Cosa succedeva, nel frattempo, oltre le lance della cancellata? Quali destini vernacoli e violenti andavano compiendosi a pochi passi da me, nella sordida bettola o nello spazio turbolento? Com’era quel Palermo o come sarebbe stato bello che fosse? A tali domande vuole rispondere questo libro, più d’immaginazione che documentato.” E’ così che Jorge Luis Borges apre il libro Evaristo Carriego, saggio biografico che passò quasi inosservato all’interno degli ambienti intellettuali della capitale dei quali faceva parte lo scrittore stesso. Il libro era dedicato alla figura, estranea a quegli ambienti, del poeta “bohemien, tisico ed anarchico” Evaristo Carriego, vissuto tra otto e novecento nel quartiere Palermo, in quei tempi periferia malfamata di Buenos Aires. Buenos Aires è la città borgesiana per eccellenza: priva di caratteristiche tipologiche precise, volubile allo sguardo, specchio e metafora di tutte le grandi città del mondo. Ma soprattutto Buenos Aires è una città “inventata” da Borges, che le ha dato un’immagine letteraria che si relaziona in maniera complessa con quella reale. Segnerà nell’immaginario di Borges l’inizio e la fine della sua vita, una sorta di centralità, unico stralcio di stabilità, al quale l’inquieta mente dell’argentino possa far ritorno.

Ottimizzazione di una microrete con unità di generazione da FER ed accumulo

Le microreti caratterizzate da unità di generazione con Fonti Energetiche Rinnovabili (FER), sono oggetto di crescente interesse in due contesti molto diversi tra loro: l’integrazione della Generazione Diffusa (GD) in reti di distribuzione pubbliche nei paesi sviluppati e l’elettrificazione di zone rurali attualmente non servite dalla rete elettrica. L’introduzione dei sistemi di accumulo nelle microreti rende possibile la compensazione della variabilità delle FER trasformando le microreti in sistemi di produzione che nel complesso risultano completamente regolabili. L’obiettivo del presente lavoro di tesi è dimostrare come le microreti possono svolgere un ruolo fondamentale per lo sviluppo delle infrastrutture elettriche nei paesi in via di sviluppo e nelle economie emergenti ponendo le basi per l’elettrificazione di aree remote e scarsamente popolate ad oggi non connesse alla rete di distribuzione dell’energia.

Progettazione e sviluppo di un'unità di acquisizione ed elaborazione dati provenienti da giroscopi mems triassiali per lo studio della cinematica cardiaca

La rotazione dell’apice del cuore è una delle espressioni della complessa cinematica del miocardio e rappresenta un importante indice di funzionalità cardiaca. Disporre di un sensore impiantabile che permetta un monitoraggio continuo di tale parametro consentirebbe di individuare precocemente un deterioramento della performance cardiaca e di adattare tempestivamente la terapia. L’obiettivo del lavoro di tesi è la realizzazione di un sistema di acquisizione dati per segnali provenienti da un giroscopio MEMS triassiale da utilizzarsi per lo studio della cinematica cardiaca, in particolare della rotazione del cuore. Per leggere e decodificare i segnali digitali in uscita dal giroscopio MEMS triassiale utilizzato (CMR3100, VTI Technologies) è stata progettata e sviluppata un’unità di condizionamento composta da una board Arduino ADK, associata ad un adattatore di tensione PCA9306 e a 3 convertitori digitali/analogici MCP4921, che ha richiesto lo sviluppo di software per la gestione del protocollo di comunicazione e della decodifica del segnale digitale proveniente dal sensore. Per caratterizzare e validare il sistema realizzato sono state effettuate prove di laboratorio, che hanno permesso di individuare i parametri di lavoro ottimali del sensore. Una prima serie di prove ha dimostrato come l’unità di condizionamento realizzata consenta di acquisire i segnali con una velocità di processo elevata (1 kHz) che non comporta perdita di dati in uscita dal sensore. Successivamente, attraverso un banco prova di simulazione appositamente assemblato allo scopo di riprodurre rotazioni cicliche nel range dei valori fisio-patologici, è stato quantificato lo sfasamento temporale (St) tra il segnale rilevato dal CMR3100 e decodificato dall'unità di condizionamento e un segnale analogico in uscita da un giroscopio analogico, ottenendo un valore medio St=4 ms. Attraverso lo stesso banco di simulazione, è stata infine dimostrata una buona accuratezza (errore percentuale <10%) nella misura dell'angolo di rotazione derivato dal segnale di velocità angolare rilevato direttamente dal sensore CRM300.

L'insegnamento della matematica nella scuola secondaria dall'Unità d'Italia

Questa tesi ripercorre le tappe principali della storia della scuola secondaria italiana, soffermandosi su quelle che hanno caratterizzato l'insegnamento della matematica. Inoltre analizza le caratteristiche delle prove di matematica assegnate alla maturità scientifica fin dalla nascita dell'esame di Stato.

Unità e continuità nel frammento urbano. Un progetto a Berlino Friedrichshain

Il progetto si sviluppa a partire dalla lettura di Berlino come città costituita da parti, una serie di forme urbane, brani di città, ognuno con una propria identità, tuttora chiaramente leggibili. All’interno di questo sistema frammentario è stata effettuata un’analisi più approfondita degli spazi verdi, reinterpretando il Piano per Berlino del paesaggista Peter Joseph Lenné. Egli pone al centro della pianificazione urbana la struttura del verde pubblico, cogliendo il dato di Berlino come città fatta di frammenti. Il nostro progetto individua sul segno del boulevard a nord, disegnato da Lenné, una serie di spazi verdi di diversa natura e di poli aggregativi di rilevanza socio culturale. Il parco diventa un’estensione del polo culturale in cui poter realizzare attività all’aperto: un catalizzatore di vita urbana, luogo di aggregazione per la popolazione. Lo sviluppo di una parte della tesi a Berlino ci ha permesso di conoscere la città e di comprendere a pieno l’importanza che i luoghi di socializzazione, gli spazi condivisi hanno per i berlinesi. Il progetto di un polo culturale, comprendente biblioteca, atelier, laboratori e residenze per artisti, nel quartiere Friedrichshain, si inserisce all’interno del più ampio sistema di parchi e poli aggregativi.

Design of an indirectly fired gas turbine integrated with an organic rankine cycle unit for combined heat and power production

In the last years, the European countries have paid increasing attention to renewable sources and greenhouse emissions. The Council of the European Union and the European Parliament have established ambitious targets for the next years. In this scenario, biomass plays a prominent role since its life cycle produces a zero net carbon dioxide emission. Additionally, biomass can ensure plant operation continuity thanks to its availability and storage ability. Several conventional systems running on biomass are available at the moment. Most of them are performant either in the large-scale or in the small power range. The absence of an efficient system on the small-middle scale inspired this thesis project. The object is an innovative plant based on a wet indirectly fired gas turbine (WIFGT) integrated with an organic Rankine cycle (ORC) unit for combined heat and power production. The WIFGT is a performant system in the small-middle power range; the ORC cycle is capable of giving value to low-temperature heat sources. Their integration is investigated in this thesis with the aim of carrying out a preliminary design of the components. The targeted plant output is around 200 kW in order not to need a wide cultivation area and to avoid biomass shipping. Existing in-house simulation tools are used: They are adapted to this purpose. Firstly the WIFGT + ORC model is built; Zero-dimensional models of heat exchangers, compressor, turbines, furnace, dryer and pump are used. Different fluids are selected but toluene and benzene turn out to be the most suitable. In the indirectly fired gas turbine a pressure ratio around 4 leads to the highest efficiency. From the thermodynamic analysis the system shows an electric efficiency of 38%, outdoing other conventional plants in the same power range. The combined plant is designed to recover thermal energy: Water is used as coolant in the condenser. It is heated from 60°C up to 90°C, ensuring the possibility of space heating. Mono-dimensional models are used to design the heat exchange equipment. Different types of heat exchangers are chosen depending on the working temperature. A finned-plate heat exchanger is selected for the WIFGT heat transfer equipment due to the high temperature, oxidizing and corrosive environment. A once-through boiler with finned tubes is chosen to vaporize the organic fluid in the ORC. A plate heat exchanger is chosen for the condenser and recuperator. A quasi-monodimensional model for single-stage axial turbine is implemented to design both the WIFGT and the ORC turbine. The system simulation after the components design shows an electric efficiency around 34% with a decrease by 10% compared to the zero-dimensional analysis. The work exhibits the system potentiality compared to the existing plants from both technical and economic point of view.