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.

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.

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.

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.

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.

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.

LittleProc 2.0. : l'evolució als 16 bits, amb arquitectura superescalar i amb pipeline

Aquest projecte consisteix en evolucionar el LittleProc 1.0, un processador simple dissenyat per ser destinat al món de la docència per tres professors de la UAB. Aquestes evolucions consisteixen en aplicar diversos mètodes i arquitectures diferents per tal d’obtenir un millor rendiment del processador, arribant a executar programes amb la meitat de temps que tardava el LittleProc 1.0. Un cop implementades les diferents arquitectures per tal de millorar el rendiment, es realitzarà un estudi de quin tant per cent de millora ha sigut aquest rendiment.

Dependencia de los algoritmos con el consumo de energía en sistemas HPC

El consumo energético es un aspecto cada vez más importante en el diseño de microprocesadores. Este trabajo experimenta con una técnica de control del consumo, el escalado dinámico de tensión y frecuencia (DVFS, siglas en inglés), para determinar cuan efectiva es la misma en la ejecución de programas con diferentes cargas de trabajo, intensivas en cómputo o memoria. Además, se ha extendido la experimentación a varios núcleos de ejecución, permitiendo comprobar en que medida las características de la ejecución en una arquitectura multicore afecta al desempeño de dicha técnica.

X-ray microtomography of Larger Foraminifera

X-ray microtomography has become a new tool in earth sciences to obtain non-destructive 3D-image data from geological objects in which variations in mineralogy, chemical composition and/or porosity create sufficient x-ray density contrasts.We present here first, preliminary results of an application to the external and internal morphology of Permian to Recent Larger Foraminifera. We use a SkyScan-1072 high-resolution desk-top micro-CT system. The system has a conical x-ray source with a spot size of about 5µm that runs at 20-100kV, 0-250µA, resulting in a maximal resolution of 5µm. X-ray transmission images are captured by a scintillator coupled via fibre optics to a 1024x1024 pixel 12-bit CCD. The object is placed between the x-ray source and the scintillator on a stub that rotates 360°around its vertical axis in steps as small as 0.24 degrees. Sample size is limited to 2 cm due to the absorption of geologic material for x-rays. The transmission images are back projected using a Feldkamp algorithm into a vertical stack of up to 1000 1Kx1K images that represent horizontal cuts of the object. This calculation takes 2 to several hours on a Double-Processor 2.4GHz PC. The stack of images (.bmp) can be visualized with any 3D-imaging software, used to produce cuts of Larger Foraminifera. Among other applications, the 3D-imaging software furnished by SkyScan can produce 3D-models by defining a threshold density value to distinguish "solid" from "void. Several models with variable threshold values and colors can be imbricated, rotated and cut together. The best results were obtained with microfossils devoid of chamber-filling cements (Permian, Eocene, Recent). However, even slight differences in cement mineralogy/composition can result in surprisingly good x-ray density contrasts.X-ray microtomography may develop into a powerful tool for larger microfossils with a complex internal structure, because it is non-destructive, requires no preparation of the specimens, and produces a true 3D-image data set. We will use these data sets in the future to produce cuts in any direction to compare them with arbitrary cuts of complex microfossils in thin sections. Many groups of benthic and planktonic foraminifera may become more easily determinable in thin section by this way.

Proposal of a parallel architecture for a motion detection algorithm

This paper proposes a parallel architecture for estimation of the motion of an underwater robot. It is well known that image processing requires a huge amount of computation, mainly at low-level processing where the algorithms are dealing with a great number of data. In a motion estimation algorithm, correspondences between two images have to be solved at the low level. In the underwater imaging, normalised correlation can be a solution in the presence of non-uniform illumination. Due to its regular processing scheme, parallel implementation of the correspondence problem can be an adequate approach to reduce the computation time. Taking into consideration the complexity of the normalised correlation criteria, a new approach using parallel organisation of every processor from the architecture is proposed

A new approach to real time traffic sign recognition based on colour information

The automatic interpretation of conventional traffic signs is very complex and time consuming. The paper concerns an automatic warning system for driving assistance. It does not interpret the standard traffic signs on the roadside; the proposal is to incorporate into the existing signs another type of traffic sign whose information will be more easily interpreted by a processor. The type of information to be added is profuse and therefore the most important object is the robustness of the system. The basic proposal of this new philosophy is that the co-pilot system for automatic warning and driving assistance can interpret with greater ease the information contained in the new sign, whilst the human driver only has to interpret the "classic" sign. One of the codings that has been tested with good results and which seems to us easy to implement is that which has a rectangular shape and 4 vertical bars of different colours. The size of these signs is equivalent to the size of the conventional signs (approximately 0.4 m2). The colour information from the sign can be easily interpreted by the proposed processor and the interpretation is much easier and quicker than the information shown by the pictographs of the classic signs

Probabilistically analysable real-time systems (PROARTIS)

Critical real-time ebedded (CRTE) Systems require safe and tight worst-case execution time (WCET) estimations to provide required safety levels and keep costs low. However, CRTE Systems require increasing performance to satisfy performance needs of existing and new features. Such performance can be only achieved by means of more agressive hardware architectures, which are much harder to analyze from a WCET perspective. The main features considered include cache memòries and multi-core processors.Thus, althoug such features provide higher performance, corrent WCET analysis methods are unable to provide tight WCET estimations. In fact, WCET estimations become worse than for simple rand less powerful hardware. The main reason is the fact that hardware behavior is deterministic but unknown and, therefore, the worst-case behavior must be assumed most of the time, leading to large WCET estimations. The purpose of this project is developing new hardware designs together with WCET analysis tools able to provide tight and safe WCET estimations. In order to do so, those pieces of hardware whose behavior is not easily analyzable due to lack of accurate information during WCET analysis will be enhanced to produce a probabilistically analyzable behavior. Thus, even if the worst-case behavior cannot be removed, its probabilty can be bounded, and hence, a safe and tight WCET can be provided for a particular safety level in line with the safety levels of the remaining components of the system. During the first year the project we have developed molt of the evaluation infraestructure as well as the techniques hardware techniques to analyze cache memories. During the second year those techniques have been evaluated, and new purely-softwar techniques have been developed.

Intracellular nanomanipulation by a photonic-force microscope with real-time acquisition of a 3D stiffness matrix.

A traditional photonic-force microscope (PFM) results in huge sets of data, which requires tedious numerical analysis. In this paper, we propose instead an analog signal processor to attain real-time capabilities while retaining the richness of the traditional PFM data. Our system is devoted to intracellular measurements and is fully interactive through the use of a haptic joystick. Using our specialized analog hardware along with a dedicated algorithm, we can extract the full 3D stiffness matrix of the optical trap in real time, including the off-diagonal cross-terms. Our system is also capable of simultaneously recording data for subsequent offline analysis. This allows us to check that a good correlation exists between the classical analysis of stiffness and our real-time measurements. We monitor the PFM beads using an optical microscope. The force-feedback mechanism of the haptic joystick helps us in interactively guiding the bead inside living cells and collecting information from its (possibly anisotropic) environment. The instantaneous stiffness measurements are also displayed in real time on a graphical user interface. The whole system has been built and is operational; here we present early results that confirm the consistency of the real-time measurements with offline computations.