Implementação de uma matriz de neurônios dinamicamente reconfigurável para descrição de topologias de redes neurais artificiais multilayer perceptrons

The Artificial Neural Networks (ANN), which is one of the branches of Artificial Intelligence (AI), are being employed as a solution to many complex problems existing in several areas. To solve these problems, it is essential that its implementation is done in hardware. Among the strategies to be adopted and met during the design phase and implementation of RNAs in hardware, connections between neurons are the ones that need more attention. Recently, are RNAs implemented both in application specific integrated circuits's (Application Specific Integrated Circuits - ASIC) and in integrated circuits configured by the user, like the Field Programmable Gate Array (FPGA), which have the ability to be partially rewritten, at runtime, forming thus a system Partially Reconfigurable (SPR), the use of which provides several advantages, such as flexibility in implementation and cost reduction. It has been noted a considerable increase in the use of FPGAs for implementing ANNs. Given the above, it is proposed to implement an array of reconfigurable neurons for topologies Description of artificial neural network multilayer perceptrons (MLPs) in FPGA, in order to encourage feedback and reuse of neural processors (perceptrons) used in the same area of the circuit. It is further proposed, a communication network capable of performing the reuse of artificial neurons. The architecture of the proposed system will configure various topologies MLPs networks through partial reconfiguration of the FPGA. To allow this flexibility RNAs settings, a set of digital components (datapath), and a controller were developed to execute instructions that define each topology for MLP neural network.

Air traffic controller at Teterboro Airport, New Jersey

Inscriptions: Verso: [stamped] Photograph by Freda Leinwand. [463 West Street, Studio 229G, New York, NY 10014].

Air traffic controller at Teterboro Airport in New Jersey

Inscriptions: Verso: [stamped] Photograph by Freda Leinwand. [463 West Street, Studio 229G, New York, NY 10014].

Testing of Interposer-Based 2.5D Integrated Circuits

The unprecedented and relentless growth in the electronics industry is feeding the demand for integrated circuits (ICs) with increasing functionality and performance at minimum cost and power consumption. As predicted by Moore's law, ICs are being aggressively scaled to meet this demand. While the continuous scaling of process technology is reducing gate delays, the performance of ICs is being increasingly dominated by interconnect delays. In an effort to improve submicrometer interconnect performance, to increase packing density, and to reduce chip area and power consumption, the semiconductor industry is focusing on three-dimensional (3D) integration. However, volume production and commercial exploitation of 3D integration are not feasible yet due to significant technical hurdles.

At the present time, interposer-based 2.5D integration is emerging as a precursor to stacked 3D integration. All the dies and the interposer in a 2.5D IC must be adequately tested for product qualification. However, since the structure of 2.5D ICs is different from the traditional 2D ICs, new challenges have emerged: (1) pre-bond interposer testing, (2) lack of test access, (3) limited ability for at-speed testing, (4) high density I/O ports and interconnects, (5) reduced number of test pins, and (6) high power consumption. This research targets the above challenges and effective solutions have been developed to test both dies and the interposer.

The dissertation first introduces the basic concepts of 3D ICs and 2.5D ICs. Prior work on testing of 2.5D ICs is studied. An efficient method is presented to locate defects in a passive interposer before stacking. The proposed test architecture uses e-fuses that can be programmed to connect or disconnect functional paths inside the interposer. The concept of a die footprint is utilized for interconnect testing, and the overall assembly and test flow is described. Moreover, the concept of weighted critical area is defined and utilized to reduce test time. In order to fully determine the location of each e-fuse and the order of functional interconnects in a test path, we also present a test-path design algorithm. The proposed algorithm can generate all test paths for interconnect testing.

In order to test for opens, shorts, and interconnect delay defects in the interposer, a test architecture is proposed that is fully compatible with the IEEE 1149.1 standard and relies on an enhancement of the standard test access port (TAP) controller. To reduce test cost, a test-path design and scheduling technique is also presented that minimizes a composite cost function based on test time and the design-for-test (DfT) overhead in terms of additional through silicon vias (TSVs) and micro-bumps needed for test access. The locations of the dies on the interposer are taken into consideration in order to determine the order of dies in a test path.

To address the scenario of high density of I/O ports and interconnects, an efficient built-in self-test (BIST) technique is presented that targets the dies and the interposer interconnects. The proposed BIST architecture can be enabled by the standard TAP controller in the IEEE 1149.1 standard. The area overhead introduced by this BIST architecture is negligible; it includes two simple BIST controllers, a linear-feedback-shift-register (LFSR), a multiple-input-signature-register (MISR), and some extensions to the boundary-scan cells in the dies on the interposer. With these extensions, all boundary-scan cells can be used for self-configuration and self-diagnosis during interconnect testing. To reduce the overall test cost, a test scheduling and optimization technique under power constraints is described.

In order to accomplish testing with a small number test pins, the dissertation presents two efficient ExTest scheduling strategies that implements interconnect testing between tiles inside an system on chip (SoC) die on the interposer while satisfying the practical constraint that the number of required test pins cannot exceed the number of available pins at the chip level. The tiles in the SoC are divided into groups based on the manner in which they are interconnected. In order to minimize the test time, two optimization solutions are introduced. The first solution minimizes the number of input test pins, and the second solution minimizes the number output test pins. In addition, two subgroup configuration methods are further proposed to generate subgroups inside each test group.

Finally, the dissertation presents a programmable method for shift-clock stagger assignment to reduce power supply noise during SoC die testing in 2.5D ICs. An SoC die in the 2.5D IC is typically composed of several blocks and two neighboring blocks that share the same power rails should not be toggled at the same time during shift. Therefore, the proposed programmable method does not assign the same stagger value to neighboring blocks. The positions of all blocks are first analyzed and the shared boundary length between blocks is then calculated. Based on the position relationships between the blocks, a mathematical model is presented to derive optimal result for small-to-medium sized problems. For larger designs, a heuristic algorithm is proposed and evaluated.

In summary, the dissertation targets important design and optimization problems related to testing of interposer-based 2.5D ICs. The proposed research has led to theoretical insights, experiment results, and a set of test and design-for-test methods to make testing effective and feasible from a cost perspective.

A Molecular-scale Programmable Stochastic Process Based On Resonance Energy Transfer Networks: Modeling And Applications

While molecular and cellular processes are often modeled as stochastic processes, such as Brownian motion, chemical reaction networks and gene regulatory networks, there are few attempts to program a molecular-scale process to physically implement stochastic processes. DNA has been used as a substrate for programming molecular interactions, but its applications are restricted to deterministic functions and unfavorable properties such as slow processing, thermal annealing, aqueous solvents and difficult readout limit them to proof-of-concept purposes. To date, whether there exists a molecular process that can be programmed to implement stochastic processes for practical applications remains unknown.

In this dissertation, a fully specified Resonance Energy Transfer (RET) network between chromophores is accurately fabricated via DNA self-assembly, and the exciton dynamics in the RET network physically implement a stochastic process, specifically a continuous-time Markov chain (CTMC), which has a direct mapping to the physical geometry of the chromophore network. Excited by a light source, a RET network generates random samples in the temporal domain in the form of fluorescence photons which can be detected by a photon detector. The intrinsic sampling distribution of a RET network is derived as a phase-type distribution configured by its CTMC model. The conclusion is that the exciton dynamics in a RET network implement a general and important class of stochastic processes that can be directly and accurately programmed and used for practical applications of photonics and optoelectronics. Different approaches to using RET networks exist with vast potential applications. As an entropy source that can directly generate samples from virtually arbitrary distributions, RET networks can benefit applications that rely on generating random samples such as 1) fluorescent taggants and 2) stochastic computing.

By using RET networks between chromophores to implement fluorescent taggants with temporally coded signatures, the taggant design is not constrained by resolvable dyes and has a significantly larger coding capacity than spectrally or lifetime coded fluorescent taggants. Meanwhile, the taggant detection process becomes highly efficient, and the Maximum Likelihood Estimation (MLE) based taggant identification guarantees high accuracy even with only a few hundred detected photons.

Meanwhile, RET-based sampling units (RSU) can be constructed to accelerate probabilistic algorithms for wide applications in machine learning and data analytics. Because probabilistic algorithms often rely on iteratively sampling from parameterized distributions, they can be inefficient in practice on the deterministic hardware traditional computers use, especially for high-dimensional and complex problems. As an efficient universal sampling unit, the proposed RSU can be integrated into a processor / GPU as specialized functional units or organized as a discrete accelerator to bring substantial speedups and power savings.

Controller Time and Delay Costs - a Trade-off Analysis

Air traffic controller shortages remain a significant challenge in European ATM. Comparing different rules, we quantify the cost effectiveness of adding controller hours to Area Control Centre regulations to avert the delay cost impact on airlines. Typically, adding controller hours results in a net benefit. Distributions of delay duration and aircraft weight play an important role in determining the total cost of a regulation. Errors are likely to be incurred when analysing performance based on average delay values, particularly at the disaggregate level.

De controller als Businesspartner. Hoe beïnvloeden persoonskenmerken de ontwikkeling naar "Partner in Business"binnen de afdeling Financiën bij de provincie Gelderland?

Bij de provincie Gelderland is per 01-01-2009 een reorganisatie doorgevoerd waarbij o.a. de ondersteunende disciplines zoals Financiën zijn samengevoegd binnen één centrale afdeling. Binnen de afdeling Financiën is een team ‘Business control’ gevormd waarin de Financieel adviseurs zijn ondergebracht. Daarbij is vanaf 2009, in verschillende termen en bewoordingen, steeds de ambitie uitgesproken om van de “Financieel expert” naar “Partner in business” te groeien. De ervaring tot dusver laat zien dat deze ambitie in de praktijk moeizaam te realiseren is. Dit onderzoek richt zich op verschillende facetten die samenhangen met bovengenoemde ambitie. Daarbij richt het onderzoek zich vooral op de vraag wat de invloed daarbij is van de persoonskenmerken van de medewerkers. De onderzoeksvraag is: Hoe beïnvloeden de persoonskenmerken de ontwikkeling naar “Partner in Business” bij het team Business control binnen de afdeling Financiën bij de provincie Gelderland? Uit het literatuuronderzoek blijkt dat New Public Management (NPM) een belangrijke externe ontwikkelingen is voor de publieke sector. NPM heeft als doel om publieke organisaties meer resultaatgericht, meer gecoördineerd en efficiënter te laten werken. Bij NPM gaat het o.a. om begrippen als resultaatgerichtheid, output en efficiency. Aangezien de controller het management adviseert bij het efficiënt realiseren van de organisatiedoelstellingen is NPM van invloed op de (rol van) de controller. Een verandering in de rol van de controller is ook het gevolg van de veranderingen in de financiële functie. Uit diverse onderzoeken blijkt dat de controllersfunctie zich ontwikkelt van een administratieve, ten behoeve van het top-management controlerende functie, naar een beslissingsondersteunende functie voor alle geledingen van het management. Conijn et al. (2005) beschrijven de ontwikkeling in de financiële functie aan de hand van een denkmodel met daarin vier fasen met de bijbehorende archetypes Scorekeeper, Financial controller, Managementcontroller en Businesspartner. Naast deze ontwikkelingen zijn ook persoonsgerelateerde factoren van invloed op de rol van een controller binnen een organisatie. Vanuit de organisatiepsychologie worden de persoonlijke eigenschappen van mensen dikwijls in vijf verschillende dimensies gevat, ook wel ‘the big five’ genoemd. Het big five factor model gaat ervan uit dat elk persoon in meer of mindere mate de volgende vijf persoonlijke dimensies heeft: Extraversie, Meegaandheid, Zorgvuldigheid, Openheid en Emotionele stabiliteit. De situatie bij de provincie Gelderland is onderzocht aan de hand van een enquête. De enquête is uitgezet bij de 28 Financieel adviseurs met 17 representatieve respondenten. Hieruit blijkt dat de Financieel adviseurs bij de provincie Gelderland voornamelijk activiteiten verrichten die horen bij de rol van Financial controller en in mindere mate die van respectievelijk Managementcontroller, Businesspartner en Scorekeeper. Daarbij beschikken de Managementcontrollers en de Businesspartners meer over de persoonskenmerken Extraversie, Openheid en Emotionele stabiliteit dan de Scorekeepers en Financial controllers. De Scorekeepers beschikken juist het minst over deze drie persoonskenmerken ten opzichte van de andere drie typen controllers. Voor wat betreft de persoonskenmerken Zorgvuldigheid en Meegaandheid laten de resultaten van de enquête geen eenduidig beeld zien in de relatie tot de typen controllers die de Financieel adviseurs vervullen. Op basis van dit onderzoek en met inachtneming van het aantal van 17 respondenten bij de enquête, lijkt er een relatie te zijn tussen de persoonskenmerken van controllers en de rol die zij als controller vervullen. De rol van Businesspartner vraagt blijkbaar om een hoge mate van Extraversie, Openheid en Emotionele stabiliteit. Voor de provincie Gelderland betekent dit concreet dat bij de gewenste ontwikkeling van Financieel expert naar Partner in business rekening gehouden moet worden met de persoonskenmerken van de Financieel adviseurs. Hierdoor kan er een goede aansluiting tot stand worden gebracht tussen de controller als persoon en zijn/haar controllersrol binnen de organisatie. Kortom; de juiste persoon op de juiste plaats.

Veranderende rol van de controller. Balans tussen het toepassen van hard en soft controls

Het doel van dit onderzoek is om inzicht te geven in de ontwikkeling van de rol van de controller en te onderzoeken hoe de rol van de controller zich verhoudt tot het gebruik van hard en soft controls. Het onderzoek is uitgevoerd in de vorm van een case study waarbij de onderzoeksdata op twee manieren is verzameld. Ten eerste is door middel van desk research op basis van brondocumenten een overzicht in de tijd gemaakt van de gehanteerde management control systemen bij de casusorganisatie, zijnde vier lokale Rabobank vestigingen. Ten tweede is voor het beantwoorden van de deelvragen en hoofdvraag gebruik gemaakt van semigestructureerde interviews. De ontwikkelingen binnen management control laten zien dat de invulling hiervan bij de casusorganisatie veranderd is en dat management control niet meer alleen vraagt om hard controls. In de casusorganisatie zijn de hard controls duidelijk ingericht en laten de onderzoeksresultaten zien dat soft controls wel worden uitgevoerd maar niet concreet zijn geformuleerd en ingericht. Ten aanzien van het toepassen van hard of soft controls blijkt dat de nadruk ligt op hard controls. De verhouding lijkt samen te hangen met de verschillen in inrichting van de control afdeling en fase waarin de vier verschillende lokale banken zich bevinden. De ontwikkeling die reeds heeft plaatsgevonden en de verwachte ontwikkelingen ten aanzien van de taken van de controller en het toepassen van het type controls, duiden op een verschuiving van traditioneel controlewerk naar een controller die steeds meer betrokken is bij de business en gesprekspartner is van management en directie. De rol van de controller heeft zich doorontwikkeld en is veranderd van achteraf controle uitvoeren (controleur-rol) naar een veel bredere partner-rol die ook aan de voorkant met de business probeert mee te denken en management en directie ondersteunt bij organisatieveranderingen. Het bewustzijn ten aanzien van het inzetten van verschillende type controls, passend bij de doelstelling en situatie, is de laatste jaren toegenomen. Naast sturing op resultaat-, vindt nu ook actiesturen en medewerker- en leiderschapssturing plaats. De rol van de controller is over tijd veranderd, maar er heeft geen duidelijke verschuiving plaatsgevonden in het toepassen van het type controls van hard naar soft.

Heeft Interactice control invloed op de rol van de controller?

De Hoofdvraag van dit onderzoek is: Is er een relatie tussen de lever of control Interactive control en het vervullen van de controllerrol business partner? Dit onderzoek is gebaseerd op de dataset verkregen uit de controllerenquête 2013, uitgevoerd in opdracht van de Open Universiteit (Bork & van der Wal, 2014). Vanuit het literatuuronderzoek is het duidelijk: de rol business partner is een zeer gewenste rol voor controllers. Daarnaast is er in de literatuur een verband te vinden tussen de rol business partner en de lever of control Interactive control. De factor- en clusteranalyse zoals beschreven door Bork & van der Wal (2014), resulteerde in de identificatie van twee type controllers. In dit uitgebreide onderzoek is TYPE II geïdentificeerd als business partner, omdat hij/zij activiteitencombinaties uitvoert die gerelateerd zijn aan strategie, analyseren, het management ondersteunen in besluitvorming, advisering, change management en de organisatie vertegenwoordigen. 36% van de populatie van aan Nederlandse Universiteiten afgestudeerde controllers die ook werkzaam zijn als controller vervullen een rol grotendeels gelijk aan de rol business partner. De vervulling van de rol (TYPE II) is niet puur business partner. Vervaardigen en organiseren van rapportagestromen zijn ook activiteiten die uitgevoerd worden door TYPE II. Daarnaast voert TYPE I activiteiten als change en risk management uit, volgens de definitie zou de business partner deze activiteiten uit moeten voeren. De rol business partner wordt uitgevoerd, maar nog niet in de optimale vorm zoals aangegeven in de theorie. De logistische regressieanalyse op de dataset laat zien dat geen van de levers of control een significante trigger is voor het uitvoeren van een van de twee types controllerrollen (Bork & van der Wal, 2014). Dit verdiepende onderzoek concentreert zich op de relatie tussen de lever of control Interactive control en de zes activiteitencombinaties (factoren) in plaats van de twee clusters (TYPE I & II). De statistische analyses bevestigen de uitkomsten het onderzoek van Bork & van der Wal (2014). Er is geen significantie tussen Interactive control en de factoren die behoren bij de business partner rol. De hoofdvraag moet ontkennend beantwoord worden, er is geen relatie tussen de lever of control Interactive control en de controllerrol business partner. Een paar beperkingen van het onderzoek richten zich op de vragenlijst over de levers of control: is het de juiste vragenlijst voor dit onderzoek en meet deze vragenlijst de levers of control van controllers? Vervolg onderzoek kan zich richten op bovenstaande beperking. Daarnaast zijn er uit het onderzoek van Bork & van der Wal (2014) triggers naar voren gekomen die verder onderzocht kunnen worden.

Perceptie van de rol van de controller

De rol van de controller behelst een grote verscheidenheid aan activiteiten. Er is veel over deze rol geschreven, dat resulteerde in verschillende gezichtspunten over en categorieën van controller activiteiten. In het algemeen kan gesteld worden dat de controller de manager ondersteunt bij de uitvoering van zijn besluitvormingsproces. Er is niet veel geschreven over perceptieverschillen over de rol van de controller. Omdat dat wel nuttig kan zijn voor de werkrelatie tussen manager en controller is onderzocht of er perceptieverschillen bestaan en bij welke controller activiteiten deze zich voordoen. Het onderzoek naar perceptieverschillen tussen managers en controllers over de rol van de controller is uitgevoerd door een kwalitatief onderzoek, een gevalsstudie, bij een universitair medisch centrum. Drie manager-controller koppels zijn geïnterviewd aan de hand van een door hen ingevulde lijst met controller activiteiten. De resultaten van de interviews zijn de belangrijkste bron voor het onderzoek. Er komen drie verklaringscategorieën naar voren voor de perceptieverschillen, namelijk 1. een perceptieverschil veroorzaakt door een interpretatieverschil over het hiërarchische niveau waarop de activiteit wordt uitgevoerd; 2. een perceptieverschil veroorzaakt door een interpretatieverschil over de betekenis van de woorden waarmee de activiteit is omschreven; 3. een perceptieverschil veroorzaakt door een interpretatieverschil over het kwaliteitsniveau waarop de activiteit wordt uitgevoerd. De controller kent in het algemeen een hogere score toe aan het belang van het uitvoeren van de controlling activiteit dan de manager. Er bestaan veel perceptieverschillen, maar het patroon tussen de 3 onderzochte koppels met betrekking tot hun perceptie van het al dan niet uitvoeren van de controller activiteit en met betrekking tot het belang dat zij aan het uitvoeren van de activiteit hechten is te grillig om een gelegitimeerde conclusie te trekken over het daadwerkelijke bestaan van perceptieverschillen of over de importantie van een activiteit als moderator voor de verklaring van het perceptieverschil. De meeste perceptieverschillen worden verklaard door een interpretatieverschil over het hiërarchisch niveau waarop de activiteit wordt uitgevoerd. In deze gevallen die liggen op het gebied van interne analyse, risico management en management control systemen, is de manager meestal van mening dat een controller activiteit wordt uitgevoerd, terwijl de controller van mening is dat deze niet wordt uitgevoerd. Dit verschil kan te maken hebben met de afstand van de beoordelaar tot de uit te voeren activiteit. Bij de meeste perceptieverschillen percipieert de manager de activiteit als uitgevoerd en de controller percipieert deze als niet uitgevoerd. Naast de afstand tot de uit te voeren activiteit, kan ook het professioneel oogpunt meespelen als verklarende factor voor deze perceptieverschillen. Dit speelt met name een rol bij activteiten op het gebied van interne analyse, leiding geven en veranderen en onderhoud van systemen. Over activteiten behorend bij het controllertype business partner bestaan meer perceptieverschillen dan die behorend bij het type policeman. Dit kan betekenen dat de business partner activiteiten van de onderzochte controllers niet of minder zichtbaar worden uitgevoerd. De perceptie er over verschilt zeker.

Feature Study on a Programmable Network Traffic Classifier

Monitoring and tracking of IP traffic flows are essential for network services (i.e. packet forwarding). Packet header lookup is the main part of flow identification by determining the predefined matching action for each incoming flow. In this paper, an improved header lookup and flow rule update solution is investigated. A detailed study of several well-known lookup algorithms reveals that searching individual packet header field and combining the results achieve high lookup speed and flexibility. The proposed hybrid lookup architecture is comprised of various lookup algorithms, which are selected based on the user applications and system requirements.

Realizzazione e collaudo di un sensore di ozono controllato da Arduino

Nell’ambito della sterilizzazione da agenti patogeni, l’ozono riveste un ruolo fondamentale grazie al suo grande potere ossidante ed è di fondamentale importanza misurare quanto ozono viene prodotto mediante una scarica DBD. Scopo di questa tesi è stato quello di realizzare un sensore dedicato alla misurazione della concentrazione di ozono, controllato da Arduino Uno. Il setup realizzato risulta economico, facilmente trasportabile e flessibile in quanto è utilizzabile in diverse modalità: è possibile salvare i dati tramite Arduino per elaborarli successivamente; permette di collegare l’uscita all’oscilloscopio per monitorare i segnali elettrici nel tempo; consente di leggere la concentrazione di ozono misurata real-time su display lcd. Infine sono state effettuati dei confronti tra il setup attualmente presente in laboratorio e il setup realizzato, e i risultati sono stati soddisfacenti.

The Design and Implementation of a SD Card File System

SD card (Secure Digital Memory Card) is widely used in portable storage medium. Currently, latest researches on SD card, are mainly SD card controller based on FPGA (Field Programmable Gate Array). Most of them are relying on API interface (Application Programming Interface), AHB bus (Advanced High performance Bus), etc. They are dedicated to the realization of ultra high speed communication between SD card and upper systems. Studies about SD card controller, really play a vital role in the field of high speed cameras and other sub-areas of expertise. This design of FPGA-based file systems and SD2.0 IP (Intellectual Property core) does not only exhibit a nice transmission rate, but also achieve the systematic management of files, while retaining a strong portability and practicality. The file system design and implementation on a SD card covers the main three IP innovation points. First, the combination and integration of file system and SD card controller, makes the overall system highly integrated and practical. The popular SD2.0 protocol is implemented for communication channels. Pure digital logic design based on VHDL (Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language), integrates the SD card controller in hardware layer and the FAT32 file system for the entire system. Secondly, the document management system mechanism makes document processing more convenient and easy. Especially for small files in batch processing, it can ease the pressure of upper system to frequently access and process them, thereby enhancing the overall efficiency of systems. Finally, digital design ensures the superior performance. For transmission security, CRC (Cyclic Redundancy Check) algorithm is for data transmission protection. Design of each module is platform-independent of macro cells, and keeps a better portability. Custom integrated instructions and interfaces may facilitate easily to use. Finally, the actual test went through multi-platform method, Xilinx and Altera FPGA developing platforms. The timing simulation and debugging of each module was covered. Finally, Test results show that the designed FPGA-based file system IP on SD card can support SD card, TF card and Micro SD with 2.0 protocols, and the successful implementation of systematic management for stored files, and supports SD bus mode. Data read and write rates in Kingston class10 card is approximately 24.27MB/s and 16.94MB/s.