Mitigating the Impact of Faults in Unreliable Memories for Error-Resilient Applications

Inherently error-resilient applications in areas such as signal processing, machine learning and data analytics provide opportunities for relaxing reliability requirements, and thereby reducing the overhead incurred by conventional error correction schemes. In this paper, we exploit the tolerable imprecision of such applications by designing an energy-efficient fault-mitigation scheme for unreliable data memories to meet target yield. The proposed approach uses a bit-shuffling mechanism to isolate faults into bit locations with lower significance. This skews the bit-error distribution towards the low order bits, substantially limiting the output error magnitude. By controlling the granularity of the shuffling, the proposed technique enables trading-off quality for power, area, and timing overhead. Compared to error-correction codes, this can reduce the overhead by as much as 83% in read power, 77% in read access time, and 89% in area, when applied to various data mining applications in 28nm process technology.

The VINEYARD Approach: Versatile, Integrated, Accelerator-Based, Heterogeneous Data Centres.

Emerging web applications like cloud computing, Big Data and social networks have created the need for powerful centres hosting hundreds of thousands of servers. Currently, the data centres are based on general purpose processors that provide high flexibility buts lack the energy efficiency of customized accelerators. VINEYARD aims to develop an integrated platform for energy-efficient data centres based on new servers with novel, coarse-grain and fine-grain, programmable hardware accelerators. It will, also, build a high-level programming framework for allowing end-users to seamlessly utilize these accelerators in heterogeneous computing systems by employing typical data-centre programming frameworks (e.g. MapReduce, Storm, Spark, etc.). This programming framework will, further, allow the hardware accelerators to be swapped in and out of the heterogeneous infrastructure so as to offer high flexibility and energy efficiency. VINEYARD will foster the expansion of the soft-IP core industry, currently limited in the embedded systems, to the data-centre market. VINEYARD plans to demonstrate the advantages of its approach in three real use-cases (a) a bio-informatics application for high-accuracy brain modeling, (b) two critical financial applications, and (c) a big-data analysis application.

Case study investigation of indoor air quality in mechanically ventilated and naturally ventilated UK social housing

There is a significant lack of indoor air quality research in low energy homes. This study compared the indoor air quality of eight
newly built case study homes constructed to similar levels of air-tightness and insulation; with two different ventilation strategies (four homes with Mechanical Ventilation with Heat Recovery (MVHR) systems/Code level 4 and four homes naturally ventilated/Code level 3). Indoor air quality measurements were conducted over a 24 h period in the living room and main bedroom of each home during the summer and winter seasons. Simultaneous outside measurements and an occupant diary were also employed during the measurement period. Occupant interviews were conducted to gain information on perceived indoor air quality, occupant behaviour and building related illnesses. Knowledge of the MVHR system including ventilation related behaviour was also studied. Results suggest indoor air quality problems in both the mechanically ventilated and naturally ventilated homes, with significant issues identified regarding occupant use in the social homes

Selective Multi-Carrier Index Keying OFDM: Error Propagation Rate with Moment Generating Function

We propose a new selective multi-carrier index keying in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems that opportunistically modulate both a small subset of sub-carriers and their indices. Particularly, we investigate the performance enhancement in two cases of error propagation sensitive and compromised deviceto-device (D2D) communications. For the performance evaluation, we focus on analyzing the error propagation probability (EPP) introducing the exact and upper bound expressions on the detection error probability, in the presence of both imperfect and perfect detection of active multi-carrier indices. The average EPP results in closedform are generalized for various fading distribution using the moment generating function, and our numerical results clearly show that the proposed approach is desirable for reliable and energy-efficient D2D applications.

A Scalable Runtime for the ECOSCALE Heterogeneous Exascale Hardware Platform

Exascale computation is the next target of high performance computing. In the push to create exascale computing platforms, simply increasing the number of hardware devices is not an acceptable option given the limitations of power consumption, heat dissipation, and programming models which are designed for current hardware platforms. Instead, new hardware technologies, coupled with improved programming abstractions and more autonomous runtime systems, are required to achieve this goal. This position paper presents the design of a new runtime for a new heterogeneous hardware platform being developed to explore energy efficient, high performance computing. By combining a number of different technologies, this framework will both simplify the programming of current and future HPC applications, as well as automating the scheduling of data and computation across this new hardware platform. In particular, this work explores the use of FPGAs to achieve both the power and performance goals of exascale, as well as utilising the runtime to automatically effect dynamic configuration and reconfiguration of these platforms. 

IP/optical integration in access network infrastructures: key issues on resource provisioning

This thesis contributes to the advancement of Fiber-Wireless (FiWi) access technologies, through the development of algorithms for resource allocation and energy efficient routing. FiWi access networks use both optical and wireless/cellular technologies to provide high bandwidth and ubiquity, required by users and current high demanding services. FiWi access technologies are divided in two parts. In one of the parts, fiber is brought from the central office to near the users, while in the other part wireless routers or base stations take over and provide Internet access to users. Many technologies can be used at both the optical and wireless parts, which lead to different integration and optimization problems to be solved. In this thesis, the focus will be on FiWi access networks that use a passive optical network at the optical section and a wireless mesh network at the wireless section. In such networks, two important aspects that influence network performance are: allocation of resources and traffic routing throughout the mesh section. In this thesis, both problems are addressed. A fair bandwidth allocation algorithm is developed, which provides fairness in terms of bandwidth and in terms of experienced delays among all users. As for routing, an energy efficient routing algorithm is proposed that optimizes sleeping and productive periods throughout the wireless and optical sections. To develop the stated algorithms, game theory and networks formation theory were used. These are powerful mathematical tools that can be used to solve problems involving agents with conflicting interests. Since, usually, these tools are not common knowledge, a brief survey on game theory and network formation theory is provided to explain the concepts that are used throughout the thesis. As such, this thesis also serves as a showcase on the use of game theory and network formation theory to develop new algorithms.

Redução das emissões de CO2 em redes ópticas

Num mundo em que as redes de telecomunicações estão em constante evolução e crescimento, o consumo energético destas também aumenta. Com a evolução tanto por parte das redes como dos seus equipamentos, o custo de implementação de uma rede tem-se reduzido até ao ponto em que o maior obstáculo para o crescimento das redes é já o seu custo de manutenção e funcionamento. Nas últimas décadas têm sido criados esforços para tornar as redes cada fez mais eficientes ao nível energético, reduzindo-se assim os seus custos operacionais, como também a redução dos problemas relacionados com as fontes de energia que alimentam estas redes. Neste sentido, este trabalho tem como objectivo principal o estudo do consumo energético de redes IP sobre WDM, designadamente o estudo de métodos de encaminhamento que sejam eficientes do ponto de vista energético. Neste trabalho formalizámos um modelo de optimização que foi avaliado usando diferentes topologias de rede. O resultado da análise mostrou que na maioria dos casos é possível obter uma redução do consumo na ordem dos 25%.

Análise técnica e económico-financeira de um sistema de abastecimento de veículos zero emissões integrando um sistema fotovoltaico

Com o aumento da população mundial registado nos últimos anos surgiu também uma maior procura energética. Esse aumento foi inicialmente colmatado recorrendo essencialmente a fontes de origem fóssil, pelo facto destas serem mais baratas. No entanto, essa tendência de preços baixos sofreu o primeiro abalo nos anos 70 do século passado, altura em que o preço do petróleo disparou, devido a questões políticas. Nessa altura ficou visível para os países ocidentais o quanto estes eram dependentes dos países produtores de petróleo que, em geral, são instáveis politicamente. Começou então a procura de fontes energéticas alternativas. Além da questão económica do aumento do preço dos combustíveis, existe também o problema ambiental. Os maiores responsáveis pela emissão de gases efeito estufa (GEE) são os combustíveis fósseis. Os GEE contribuem para o aquecimento global, o que origina fenómenos ambientais severos que poderão levar a mudanças climáticas significativas. As energias renováveis apresentam-se como a solução mais viável ao problema energético e ambiental que se verifica actualmente, porque permitem colmatar o aumento da procura energética de uma forma limpa e sustentável. Na sequência destes problemas surgiram nos últimos anos veículos que permitem reduzir ou mesmo eliminar o consumo de combustíveis fósseis, como os veículos híbridos eléctricos, eléctricos e a hidrogénio. Nesta dissertação analisa-se um sistema que foi pensado para ser implementado em áreas de serviço, que permite efectuar o carregamento de electric vehicles (EV) utilizando energia eléctrica de origem fotovoltaica e a produção de hidrogénio para os fuels cell electric vehicles (FCEV). É efectuada uma análise económica do sistema, uma análise ambiental e analisou-se também o impacto na redução da dependência do país em relação ao exterior, sendo ainda efectuada uma pequena análise ao sistema MOBIE. No caso dos veículos a hidrogénio, foi determinada qual seria a melhor opção em termos económicos, para a produção de hidrogénio considerando três regimes de produção: recorrendo apenas à energia eléctrica proveniente do sistema fotovoltaico, apenas à energia eléctrica da rede, ou uma combinação dos dois regimes. O sistema estudado nesta dissertação apresenta um enorme potencial a nível energético e ambiental, surgindo como alternativa para abastecer os veículos que irão permitir, no futuro, eliminar a dependência energética em relação às fontes fósseis e ao mesmo tempo diminuir a quantidade de gases efeito estufa emitidos para a atmosfera.

Relatório de estágio em gabinete de engenharia na componente de climatização

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica com Especialização em Energia, Climatização e Refrigeração

Aumento de energia renovável na Ilha da Madeira: proposta integrada para o setor dos transportes e da geração de energia elétrica

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

Impacto económico, energético e ambiental da produção renovável na Ilha Terceira

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

Otimização energética em redes óticas de próxima geração Flex-grid vs Fixed-grid

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Eletrónica e Telecomunicações

Análise energética, otimização e modernização dos sistemas de um grande edifício de serviços na ótica da melhoria da eficiência energética

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica Perfil Energia, Refrigeração e Climatização

Properties and Sustainability of Biodiesel from Animal Fats and Fish Oil

This work presents and analyses the fat and fuel properties and the methyl ester profile of biodiesel from animal fats and fish oil (beef tallow, pork lard, chicken fat and sardine oil). Also, their sustainability is evaluated in comparison with rapeseed biodiesel and fossil diesel, currently the dominant liquid fuels for transportation in Europe. Results show that from a technological point of view it is possible to use animal fats and fish oil as feedstock for biodiesel production. From the sustainability perspective, beef tallow biodiesel seems to be the most sustainable one, as its contribution to global warming has the same value of fossil diesel and in terms of energy efficiency it has the best value of the biodiesels under consideration. Although biodiesel is not so energy efficient as fossil diesel there is room to improve it, for example, by replacing the fossil energy used in the process with renewable energy generated using co-products (e.g. straw, biomass cake, glycerine).

A Responsabilidade social empresarial na indústria de elevadores

Dissertação de Mestrado Apresentado ao Instituto Superior de Contabilidade e Administração do Porto para a obtenção do grau de Mestre em Empreendedorismo e Internacionalização, sob orientação da Mestre Anabela Ribeiro