Via-configurable transistor array: a regular design technique to improve ICs yield

Process variations are a major bottleneck for digital CMOS integrated circuits manufacturability and yield. That iswhy regular techniques with different degrees of regularity are emerging as possible solutions. Our proposal is a new regular layout design technique called Via-Configurable Transistors Array (VCTA) that pushes to the limit circuit layout regularity for devices and interconnects in order to maximize regularity benefits. VCTA is predicted to perform worse than the Standard Cell approach designs for a certain technology node but it will allow the use of a future technology on an earlier time. Ourobjective is to optimize VCTA for it to be comparable to the Standard Cell design in an older technology. Simulations for the first unoptimized version of our VCTA of delay and energy consumption for a Full Adder circuit in the 90 nm technology node are presented and also the extrapolation for Carry-RippleAdders from 4 bits to 64 bits.

Joint array combining and MLSE for single-user receivers in multipath Gaussian multiuser channels

The well-known structure of an array combiner along with a maximum likelihood sequence estimator (MLSE) receiveris the basis for the derivation of a space-time processor presentinggood properties in terms of co-channel and intersymbol interferencerejection. The use of spatial diversity at the receiver front-endtogether with a scalar MLSE implies a joint design of the spatialcombiner and the impulse response for the sequence detector. Thisis faced using the MMSE criterion under the constraint that thedesired user signal power is not cancelled, yielding an impulse responsefor the sequence detector that is matched to the channel andcombiner response. The procedure maximizes the signal-to-noiseratio at the input of the detector and exhibits excellent performancein realistic multipath channels.

Statistical reference criteria for adaptive signal processing in digital communications

A general criterion for the design of adaptive systemsin digital communications called the statistical reference criterionis proposed. The criterion is based on imposition of the probabilitydensity function of the signal of interest at the outputof the adaptive system, with its application to the scenario ofhighly powerful interferers being the main focus of this paper.The knowledge of the pdf of the wanted signal is used as adiscriminator between signals so that interferers with differingdistributions are rejected by the algorithm. Its performance isstudied over a range of scenarios. Equations for gradient-basedcoefficient updates are derived, and the relationship with otherexisting algorithms like the minimum variance and the Wienercriterion are examined.

ML estimator and hybrid beamformer for multipath and interference mitigation in GNSS receivers

This paper addresses the estimation of the code-phase(pseudorange) and the carrier-phase of the direct signal received from a direct-sequence spread-spectrum satellite transmitter. Thesignal is received by an antenna array in a scenario with interferenceand multipath propagation. These two effects are generallythe limiting error sources in most high-precision positioning applications.A new estimator of the code- and carrier-phases is derivedby using a simplified signal model and the maximum likelihood(ML) principle. The simplified model consists essentially ofgathering all signals, except for the direct one, in a component withunknown spatial correlation. The estimator exploits the knowledgeof the direction-of-arrival of the direct signal and is much simplerthan other estimators derived under more detailed signal models.Moreover, we present an iterative algorithm, that is adequate for apractical implementation and explores an interesting link betweenthe ML estimator and a hybrid beamformer. The mean squarederror and bias of the new estimator are computed for a numberof scenarios and compared with those of other methods. The presentedestimator and the hybrid beamforming outperform the existingtechniques of comparable complexity and attains, in manysituations, the Cramér–Rao lower bound of the problem at hand.

Kumar's algorithm for solving Toeplitz systems of equations over finite fields

Adaptació de l'algorisme de Kumar per resoldre sistemes d'equacions amb matrius de Toeplitz sobre els reals a cossos finits en un temps 0 (n log n).

Implementation of the Rijndael-AES algorithm on a Sage-Math worksheet

La principal motivació d'aquest treball ha estat implementar l'algoritme Rijndael-AES en un full Sage-math, paquet de software matemàtic de lliure distribució i en actual desenvolupament, aprofitant les seves eines i funcionalitats integrades.

FPGA-Based Control Design for Power Electronic Applications

Tehoelektoniikkalaitteella tarkoitetaan ohjaus- ja säätöjärjestelmää, jolla sähköä muokataan saatavilla olevasta muodosta haluttuun uuteen muotoon ja samalla hallitaan sähköisen tehon virtausta lähteestä käyttökohteeseen. Tämä siis eroaa signaalielektroniikasta, jossa sähköllä tyypillisesti siirretään tietoa hyödyntäen eri tiloja. Tehoelektroniikkalaitteita vertailtaessa katsotaan yleensä niiden luotettavuutta, kokoa, tehokkuutta, säätötarkkuutta ja tietysti hintaa. Tyypillisiä tehoelektroniikkalaitteita ovat taajuudenmuuttajat, UPS (Uninterruptible Power Supply) -laitteet, hitsauskoneet, induktiokuumentimet sekä erilaiset teholähteet. Perinteisesti näiden laitteiden ohjaus toteutetaan käyttäen mikroprosessoreja, ASIC- (Application Specific Integrated Circuit) tai IC (Intergrated Circuit) -piirejä sekä analogisia säätimiä. Tässä tutkimuksessa on analysoitu FPGA (Field Programmable Gate Array) -piirien soveltuvuutta tehoelektroniikan ohjaukseen. FPGA-piirien rakenne muodostuu erilaisista loogisista elementeistä ja niiden välisistä yhdysjohdoista.Loogiset elementit ovat porttipiirejä ja kiikkuja. Yhdysjohdot ja loogiset elementit ovat piirissä kiinteitä eikä koostumusta tai lukumäärää voi jälkikäteen muuttaa. Ohjelmoitavuus syntyy elementtien välisistä liitännöistä. Piirissä on lukuisia, jopa miljoonia kytkimiä, joiden asento voidaan asettaa. Siten piirin peruselementeistä voidaan muodostaa lukematon määrä erilaisia toiminnallisia kokonaisuuksia. FPGA-piirejä on pitkään käytetty kommunikointialan tuotteissa ja siksi niiden kehitys on viime vuosina ollut nopeaa. Samalla hinnat ovat pudonneet. Tästä johtuen FPGA-piiristä on tullut kiinnostava vaihtoehto myös tehoelektroniikkalaitteiden ohjaukseen. Väitöstyössä FPGA-piirien käytön soveltuvuutta on tutkittu käyttäen kahta vaativaa ja erilaista käytännön tehoelektroniikkalaitetta: taajuudenmuuttajaa ja hitsauskonetta. Molempiin testikohteisiin rakennettiin alan suomalaisten teollisuusyritysten kanssa soveltuvat prototyypit,joiden ohjauselektroniikka muutettiin FPGA-pohjaiseksi. Lisäksi kehitettiin tätä uutta tekniikkaa hyödyntävät uudentyyppiset ohjausmenetelmät. Prototyyppien toimivuutta verrattiin vastaaviin perinteisillä menetelmillä ohjattuihin kaupallisiin tuotteisiin ja havaittiin FPGA-piirien mahdollistaman rinnakkaisen laskennantuomat edut molempien tehoelektroniikkalaitteiden toimivuudessa. Työssä on myösesitetty uusia menetelmiä ja työkaluja FPGA-pohjaisen säätöjärjestelmän kehitykseen ja testaukseen. Esitetyillä menetelmillä tuotteiden kehitys saadaan mahdollisimman nopeaksi ja tehokkaaksi. Lisäksi työssä on kehitetty FPGA:n sisäinen ohjaus- ja kommunikointiväylärakenne, joka palvelee tehoelektroniikkalaitteiden ohjaussovelluksia. Uusi kommunikointirakenne edistää lisäksi jo tehtyjen osajärjestelmien uudelleen käytettävyyttä tulevissa sovelluksissa ja tuotesukupolvissa.

On the differential evolution algorithm and its appliation to training radial basis function networks

The parameter setting of a differential evolution algorithm must meet several requirements: efficiency, effectiveness, and reliability. Problems vary. The solution of a particular problem can be represented in different ways. An algorithm most efficient in dealing with a particular representation may be less efficient in dealing with other representations. The development of differential evolution-based methods contributes substantially to research on evolutionary computing and global optimization in general. The objective of this study is to investigatethe differential evolution algorithm, the intelligent adjustment of its controlparameters, and its application. In the thesis, the differential evolution algorithm is first examined using different parameter settings and test functions. Fuzzy control is then employed to make control parameters adaptive based on an optimization process and expert knowledge. The developed algorithms are applied to training radial basis function networks for function approximation with possible variables including centers, widths, and weights of basis functions and both having control parameters kept fixed and adjusted by fuzzy controller. After the influence of control variables on the performance of the differential evolution algorithm was explored, an adaptive version of the differential evolution algorithm was developed and the differential evolution-based radial basis function network training approaches were proposed. Experimental results showed that the performance of the differential evolution algorithm is sensitive to parameter setting, and the best setting was found to be problem dependent. The fuzzy adaptive differential evolution algorithm releases the user load of parameter setting and performs better than those using all fixedparameters. Differential evolution-based approaches are effective for training Gaussian radial basis function networks.

The Dynamics of Force Fluctuations in Shear Granular Flows

Tämän työn tavoitteena oli tutkia rakeisen materiaalin kinematiikkaa ja rakentaa koelaitteisto rakeisen materiaalin leikkausjännitysvirtauksien tutkimiseen. Kokeellisessa osassa on keskitytty sisäisiin voimaheilahteluihin ja niiden ymmärtämiseen. Teoriaosassa on käyty läpi rakeisen materiaalin yleisiä ominaisuuksia ja lisäksi on esitetty kaksi eri tapaa mallintaa fysikaalisien ominaisuuksien heilahteluja rakeisessa materiaalissa. Nämä kaksi esitettyä mallinnusmenetelmää ovat skalaarinen q-malli ja simulointi. Skalaarinen q-malli määrittelee jokaiseen yksittäiseen rakeeseen kohdistuvan jännityksen, rakeen ollessa osa 2- tai 3-dimensionaalista asetelmaa. Tämän mallin perusidea on kuvata jännityksien epähomogeenisuutta, joka johtuu rakeiden satunnaisasettelusta. Simulointimallinnus perustuu event-driven algoritmiin, missä systeemin dynamiikkaa kuvataan yksittäisillä partikkelien törmäyksillä. Törmäyksien vaiheet ratkaistiin käyttämällä liikemääräyhtälöitä ja restituution määritelmää. Teoriaosuudessa käytiin vielä pieniltä osin läpi syitä jännitysheilahteluihin ja rakeisen materiaalin lukkiintumiseen. Tutkimuslaitteistolla tutkittiin rakeisen materiaalin käyttäytymistä rengasmaisessa leikkausjännitysvirtauksessa. Tutkimusosuuden päätavoitteena oli mitata partikkelien kosketuksista ja törmäyksistä johtuvia hetkellisiä voimaheilahteluja rengastilavuuden pohjalta. Rakeisena materiaalina tutkimuksessa käytettiin teräskuulia. Jännityssignaali ajan funktiona osoittaa suurta heilahtelua, joka voi olla jopa kertalukua keskiarvosta suurempaa. Tällainen suuren amplitudin omaava heilahtelu on merkittävä haittapuoli yleisesti rakeisissa materiaaleissa käytettyjen jatkuvuusmallien kanssa. Tällainen heilahtelu tekee käytetyt jatkuvuusmallit epäpäteviksi. Yleisellä tasolla jännityksien todennäköisyysjakauma on yhtäpitävä skalaarisen q-mallin tuloksien kanssa. Molemmissa tapauksissa todennäköisyysjakaumalla on eksponentiaalinen muoto.

Matkapuhelimen puhelinmuistiopalvelimen tietorakenteiden ja lajittelualgoritmien analysointi ja suunnittelu

Puhelinmuistio on yksi matkapuhelimen käytetyimmistä ominaisuuksista. Puhelinmuistion tulee siksi olla kaikissa tilanteissa mahdollisimman nopeasti käytettävissä. Tämä edellyttää puhelinmuistiopalvelimelta tehokkaita tietorakenteita ja lajittelualgoritmeja. Nokian matkapuhelimissa puhelinmuistiopalvelin käyttää hakurakenteena järjestettyjä taulukoita. Työn tavoitteena oli kehittää puhelinmuistiopalvelimen hakutaulukoiden lajittelu mahdollisimman nopeaksi. Useita eri lajittelualgoritmeja vertailtiin ja niiden suoritusaikoja analysoitiin eri tilanteissa. Insertionsort-lajittelualgoritmin todettiin olevan nopein algoritmi lähes järjestyksessä olevien taulukoiden lajitteluun. Analyysin perusteella Quicksort-algoritmi lajittelee nopeimmin satunnaisessa järjestyksessä olevat taulukot. Quicksort-insertionsort –hybridialgoritmin havaittiin olevan paras lajittelualgoritmi puhelinmuistion lajitteluun. Sopivalla parametroinnilla tämä algoritmi on nopea satunnaisessa järjestyksessä olevalle aineistolle. Se kykenee hyödyntämään lajiteltavassa aineistossa valmiina olevaa järjestystä. Algoritmi ei kasvata merkittävästi muistinkulutusta. Uuden algoritmin ansiosta hakutaulukoiden lajittelu nopeutuu parhaimmillaan useita kymmeniä prosentteja.

A Gradient based algorithm for blind inversion of Wiener System using multi-variate score functions

A Wiener system is a linear time-invariant filter, followed by an invertible nonlinear distortion. Assuming that the input signal is an independent and identically distributed (iid) sequence, we propose an algorithm for estimating the input signal only by observing the output of the Wiener system. The algorithm is based on minimizing the mutual information of the output samples, by means of a steepest descent gradient approach.

Improving algorithm speed in PNL mixture separation and Wiener system inversion

This paper proposes a very simple method for increasing the algorithm speed for separating sources from PNL mixtures or invertingWiener systems. The method is based on a pertinent initialization of the inverse system, whose computational cost is very low. The nonlinear part is roughly approximated by pushing the observations to be Gaussian; this method provides a surprisingly good approximation even when the basic assumption is not fully satisfied. The linear part is initialized so that outputs are decorrelated. Experiments shows the impressive speed improvement.

An efficient total variation algorithm for super-resolution in fetal brain MRI with adaptive regularization.

Although fetal anatomy can be adequately viewed in new multi-slice MR images, many critical limitations remain for quantitative data analysis. To this end, several research groups have recently developed advanced image processing methods, often denoted by super-resolution (SR) techniques, to reconstruct from a set of clinical low-resolution (LR) images, a high-resolution (HR) motion-free volume. It is usually modeled as an inverse problem where the regularization term plays a central role in the reconstruction quality. Literature has been quite attracted by Total Variation energies because of their ability in edge preserving but only standard explicit steepest gradient techniques have been applied for optimization. In a preliminary work, it has been shown that novel fast convex optimization techniques could be successfully applied to design an efficient Total Variation optimization algorithm for the super-resolution problem. In this work, two major contributions are presented. Firstly, we will briefly review the Bayesian and Variational dual formulations of current state-of-the-art methods dedicated to fetal MRI reconstruction. Secondly, we present an extensive quantitative evaluation of our SR algorithm previously introduced on both simulated fetal and real clinical data (with both normal and pathological subjects). Specifically, we study the robustness of regularization terms in front of residual registration errors and we also present a novel strategy for automatically select the weight of the regularization as regards the data fidelity term. Our results show that our TV implementation is highly robust in front of motion artifacts and that it offers the best trade-off between speed and accuracy for fetal MRI recovery as in comparison with state-of-the art methods.

New Algorithm for Managing Childhood Illness Using Mobile Technology (ALMANACH): A Controlled Non-Inferiority Study on Clinical Outcome and Antibiotic Use in Tanzania.

INTRODUCTION: The decline of malaria and scale-up of rapid diagnostic tests calls for a revision of IMCI. A new algorithm (ALMANACH) running on mobile technology was developed based on the latest evidence. The objective was to ensure that ALMANACH was safe, while keeping a low rate of antibiotic prescription. METHODS: Consecutive children aged 2-59 months with acute illness were managed using ALMANACH (2 intervention facilities), or standard practice (2 control facilities) in Tanzania. Primary outcomes were proportion of children cured at day 7 and who received antibiotics on day 0. RESULTS: 130/842 (15∙4%) in ALMANACH and 241/623 (38∙7%) in control arm were diagnosed with an infection in need for antibiotic, while 3∙8% and 9∙6% had malaria. 815/838 (97∙3%;96∙1-98.4%) were cured at D7 using ALMANACH versus 573/623 (92∙0%;89∙8-94∙1%) using standard practice (p<0∙001). Of 23 children not cured at D7 using ALMANACH, 44% had skin problems, 30% pneumonia, 26% upper respiratory infection and 13% likely viral infection at D0. Secondary hospitalization occurred for one child using ALMANACH and one who eventually died using standard practice. At D0, antibiotics were prescribed to 15∙4% (12∙9-17∙9%) using ALMANACH versus 84∙3% (81∙4-87∙1%) using standard practice (p<0∙001). 2∙3% (1∙3-3.3) versus 3∙2% (1∙8-4∙6%) received an antibiotic secondarily. CONCLUSION: Management of children using ALMANACH improve clinical outcome and reduce antibiotic prescription by 80%. This was achieved through more accurate diagnoses and hence better identification of children in need of antibiotic treatment or not. The building on mobile technology allows easy access and rapid update of the decision chart. TRIAL REGISTRATION: Pan African Clinical Trials Registry PACTR201011000262218.

Managing the Sick Child in the Era of Declining Malaria Transmission: Development of ALMANACH, an Electronic Algorithm for Appropriate Use of Antimicrobials.

OBJECTIVE: To review the available knowledge on epidemiology and diagnoses of acute infections in children aged 2 to 59 months in primary care setting and develop an electronic algorithm for the Integrated Management of Childhood Illness to reach optimal clinical outcome and rational use of medicines. METHODS: A structured literature review in Medline, Embase and the Cochrane Database of Systematic Review (CDRS) looked for available estimations of diseases prevalence in outpatients aged 2-59 months, and for available evidence on i) accuracy of clinical predictors, and ii) performance of point-of-care tests for targeted diseases. A new algorithm for the management of childhood illness (ALMANACH) was designed based on evidence retrieved and results of a study on etiologies of fever in Tanzanian children outpatients. FINDINGS: The major changes in ALMANACH compared to IMCI (2008 version) are the following: i) assessment of 10 danger signs, ii) classification of non-severe children into febrile and non-febrile illness, the latter receiving no antibiotics, iii) classification of pneumonia based on a respiratory rate threshold of 50 assessed twice for febrile children 12-59 months; iv) malaria rapid diagnostic test performed for all febrile children. In the absence of identified source of fever at the end of the assessment, v) urine dipstick performed for febrile children <2 years to consider urinary tract infection, vi) classification of 'possible typhoid' for febrile children >2 years with abdominal tenderness; and lastly vii) classification of 'likely viral infection' in case of negative results. CONCLUSION: This smartphone-run algorithm based on new evidence and two point-of-care tests should improve the quality of care of <5 year children and lead to more rational use of antimicrobials.