Near-Threshold Computing

Valmistustekniikoiden kehittyessä IC-piireille saadaan mahtumaan yhä enemmän transistoreja. Monimutkaisemmat piirit mahdollistavat suurempien laskutoimitusmäärien suorittamisen aikayksikössä. Piirien aktiivisuuden lisääntyessä myös niiden energiankulutus lisääntyy, ja tämä puolestaan lisää piirin lämmöntuotantoa. Liiallinen lämpö rajoittaa piirien toimintaa. Tämän takia tarvitaan tekniikoita, joilla piirien energiankulutusta saadaan pienennettyä. Uudeksi tutkimuskohteeksi ovat tulleet pienet laitteet, jotka seuraavat esimerkiksi ihmiskehon toimintaa, rakennuksia tai siltoja. Tällaisten laitteiden on oltava energiankulutukseltaan pieniä, jotta ne voivat toimia pitkiä aikoja ilman akkujen lataamista. Near-Threshold Computing on tekniikka, jolla pyritään pienentämään integroitujen piirien energiankulutusta. Periaatteena on käyttää piireillä pienempää käyttöjännitettä kuin piirivalmistaja on niille alunperin suunnitellut. Tämä hidastaa ja haittaa piirin toimintaa. Jos kuitenkin laitteen toiminnassa pystyään hyväksymään huonompi laskentateho ja pienentynyt toimintavarmuus, voidaan saavuttaa säästöä energiankulutuksessa. Tässä diplomityössä tarkastellaan Near-Threshold Computing -tekniikkaa eri näkökulmista: aluksi perustuen kirjallisuudesta löytyviin aikaisempiin tutkimuksiin, ja myöhemmin tutkimalla Near-Threshold Computing -tekniikan soveltamista kahden tapaustutkimuksen kautta. Tapaustutkimuksissa tarkastellaan FO4-invertteriä sekä 6T SRAM -solua piirisimulaatioiden avulla. Näiden komponenttien käyttäytymisen Near-Threshold Computing –jännitteillä voidaan tulkita antavan kattavan kuvan suuresta osasta tavanomaisen IC-piirin pinta-alaa ja energiankulusta. Tapaustutkimuksissa käytetään 130 nm teknologiaa, ja niissä mallinnetaan todellisia piirivalmistusprosessin tuotteita ajamalla useita Monte Carlo -simulaatioita. Tämä valmistuskustannuksiltaan huokea teknologia yhdistettynä Near-Threshold Computing -tekniikkaan mahdollistaa matalan energiankulutuksen piirien valmistaminen järkevään hintaan. Tämän diplomityön tulokset näyttävät, että Near-Threshold Computing pienentää piirien energiankulutusta merkittävästi. Toisaalta, piirien nopeus heikkenee, ja yleisesti käytetty 6T SRAM -muistisolu muuttuu epäluotettavaksi. Pidemmät polut logiikkapiireissä sekä transistorien kasvattaminen muistisoluissa osoitetaan tehokkaiksi vastatoimiksi Near- Threshold Computing -tekniikan huonoja puolia vastaan. Tulokset antavat perusteita matalan energiankulutuksen IC-piirien suunnittelussa sille, kannattaako käyttää normaalia käyttöjännitettä, vai laskea sitä, jolloin piirin hidastuminen ja epävarmempi käyttäytyminen pitää ottaa huomioon.

Päivystyshoitotyön osaaminen valmistuvien sairaanhoitajaopiskelijoiden arvioimana

Potilaan hoitamisessa korostuvat mm. triagen tekeminen, potilaan voinnin seuranta ja hoitoa koskevien päätösten tekeminen nopeasti potilaan voinnin mukaan sekä potilaan jatkohoidon turvaaminen. Tämä kaksivaiheinen koulutustutkimus kohdistui päivystyshoitotyön osaamiseen. Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa määriteltiin päivystyshoitotyön osaaminen ja toisessa vaiheessa arvioitiin valmistuvien sairaanhoitajaopiskelijoiden päivystyshoitotyön osaamista ja osaamiseen yhteydessä olevia tekijöitä. Osaamisen arvioinnin suorittivat opiskelijat itse ja vertailuperustana opiskelijoiden päivystyshoitotyön osaamiselle käytettiin ammatissa toimivien sairaanhoitajien päivystyshoitotyön osaamista. Tutkimuksen tavoitteena oli arvioinnin perusteella määrittää päivystyshoitotyön osaamisen nykytaso ja tehdä tarvittavat ehdotukset päivystyshoitotyön osaamisen kehittämiseen. Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa (2006–2012) tiedonkeruumenetelminä oli kirjallisuuskatsaus ja asiantuntija-arviointi hyödyntäen delphi-menetelmää. Kirjallisuuskatsauksen perusteella muodostettiin päivystyshoitotyön osaamista kuvaavat pääkategoriat, yläkategoriat ja alakategoriat.Alakategoriat (n=61) annettiin asiantuntijoille (sairaanhoitajat, opettajat, ylihoitajat) arvioitavaksi.Kaksivaiheisen asiantuntija-arvioinnin perusteella muodostui 92 päivystyshoitotyön osaamista kuvaavaa alakategoriaa. Tutkimuksen toisessa vaiheessa (2007–2012) valmistuvien suomalaisten sairaanhoitaja-opiskelijoiden (N=382, n=208, vastausprosentti 55 %) päivystyshoitotyön osaamista arvioitiin tätä tutkimusta varten kehitetyllä mittarilla (Päivystyshoitotyön osaaminen -mittari). Mittari perustui tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa muodostettuun määrittelyyn päivystyshoitotyön osaamisesta. Osaamista mitattiin VAS-janalla (asteikko 0–100) arvon 100 ollessa optimaalinen taso, johon pyrittiin. Sairaanhoitajaopiskelijoiden tavoiteltavaksi osaamisen tasoksi asetettiin 80 olettaen opiskelijoiden osaamisen vielä kehittyvän työkokemuksen myötä. Ammatissa toimivien sairaanhoitajien (N=586, n=280, vastausprosentti 48 %) itsearvioitua osaamista käytettiin vertailuperustana opiskelijoiden osaamiselle. Aineisto analysoitiin tilastollisin menetelmin. Valmistuvien sairaanhoitajaopiskelijoiden itsearvioitu päivystyshoitotyön osaaminen oli alle tavoiteltavan osaamisen tason. Opiskelijoilla oli mielestään eniten eettistä osaamista sekä vuorovaikutus- ja yhteistyöosaamista ja vähiten päätöksenteko-osaamista ja kliinistä osaamista. Myös ammatissa toimivilla sairaanhoitajilla oli mielestään eniten vuorovaikutus- ja yhteistyöosaamista. Vähiten heillä oli ohjausosaamista ja päätöksenteko-osaamista. Sairaanhoitajilla oli tilastollisesti merkitsevästi enemmän päivystyshoitotyön osaamista kuin opiskelijoilla. Opiskelijoiden päivystyshoitotyön osaamista selitti eniten aikaisempi terveysalan tutkinto. Päivystyshoitotyön osaamisen kehittämisehdotukset kohdistuvat ammatillisen peruskoulutuksen ja täydennyskoulutuksen opetuksen sisältöihin ja määrään, opetus- ja opiskelumenetelmiin, osaamisen arviointiin sekä urasuunnitteluun. Jatkotutkimusehdotukset kohdistuvat päivystyshoitotyön osaamisen määrittelyn ja osaamista arvioivan mittarin edelleen kehittämiseen, erilaisten arviointimenetelmien kehittämiseen sekä osaamiseen yhteydessä olevien tekijöiden edelleen tutkimiseen.

Pumping system optimization tool

Pumping systems account for over 20 % of all electricity consumption in European industry. Optimization and correct design of such systems is important and there is a reasonable amount of unrealized energy saving potential in old pumping systems. The energy efficiency and therefore also the energy consumption of a pumping system heavily depends on the correct dimensioning and selection of devices. In this work, a graphical optimization tool for pumping systems is developed in Matlab programming language. The tool selects optimal pump, electrical motor and frequency converter for existing pumping process and calculates the life cycle costs of the whole system. The tool could be used as an aid when choosing the machinery and to analyze the energy consumption of existing systems. Results given by the tool are compared to the results of laboratory tests. The selection of pump and motor works reasonably well, but the frequency converter selection still needs development

Sheep production as a Senecio spp. control tool

Since poisoning by Senecio spp. is one of the main causes of cattle death in southern Brazil, control of these plants is a priority for the local livestock production. After the pasture has been mowed, grazing by 16 sheep was efficient for controlling Senecio brasiliensis and Senecio madagascariensis populations in a 5.5-hectare area that had long been severely infested with these species. A total of 28,629 plants among S. brasiliensis (flower-of-souls, 10,122) and S.madagascariensis (fireweed, 18,507) were almost completely eliminated in a two-year period. The number of sheep was kept at 3.0 stock units/ha, but a variable number of cattle were temporarily stocked according to pasture availability. The major sanitary practice applied to the sheep was anthelmintic administration. Liver biopsies taken from sheep and cattle before and after experimental period didn't reveal any change associable with seneciosis. The performance levels of the sheep were comparable to those observed in flocks managed under traditional extensive grazing systems in southern Brazil.

Storytelling as a branding tool in social media

Tutkimuksen tavoitteena on kuvailla tarinankerrontaa brändin rakennuksen välineenä, ja selvittää mitkä ovat tarinankerronnan erityispiirteet sosiaalisessa mediassa. Aikaisempien teorioiden ja julkaisujen avulla kootaan viitekehys joka osoittaa käsitteiden vaikutukset toisiinsa. Tutkimus osoittaa tarinankerronnan vaikuttavan vahvistavasti kaikkiin brändipääoman ulottuvuuksiin, lähinnä tunteita herättävien ja muistettavuutta lisäävien ominaisuuksiensa ansiosta. Empiirisessä osiossa selvitetään laadullisen sisällönanalyysin keinoin kuinka yleistä brändien tarinankerronta tällä hetkellä on, ja kuvaillaan millaisia tarinoita yritykset kertovat. Aineisto koostuu sadan suosituimman brändin Facebookissa jakamista videomuotoisista tarinoista. Tutkimus osoitti, että brändien tarinankerronta sosiaalisessa mediassa on toistaiseksi melko vähäistä. Tarinat voidaan luokitella kirjallisuudesta tuttujen tarinatyyppien mukaisesti. Suurin osa brändien esittämistä tarinoista pyrkii synnyttämään yleisössä ihailun ja nostalgian tunteita, mutta useat tarinat myös sisältävät humoristisia piirteitä.

Jatkuvan äänitehojakautuman algoritmi pitkien käytävien äänikenttien mallintamiseen

JÄKÄLA-algoritmi (Jatkuvan Äänitehojakautuman algoritmi Käytävien Äänikenttien LAskentaan) ja sen NUMO- ja APPRO-laskentayhtälöt perustuvat käytävällä olevan todellisen äänilähteen kuvalähteiden symmetriaan. NUMO on algoritmin numeerisen ratkaisun ja APPRO likiarvoratkaisun laskentayhtälö. Algoritmia johdettaessa oletettiin, että absorptiomateriaali oli jakautunut tasaisesti käytävän ääntä heijastaville pinnoille. Suorakaiteen muotoisen käytävän kuvalähdetason muunto jatkuvaksi äänitehojakautumaksi sisältää kolme muokkausvaihetta. Aluksi suorakaiteen kuvalähdetaso muunnetaan neliön muotoiseksi. Seuraavaksi neliön muotoisen kuvalähdetason samanarvoiset kuvalähteet siirretään koordinaattiakselille diskreetiksi kuvalähdejonoksi. Lopuksi kuvalähdejono muunnetaan jatkuvaksi äänitehojakautumaksi, jolloin käytävän vastaanottopisteen äänenpainetaso voidaan laskea integroimalla jatkuvan äänitehojakautuman yli. JÄKÄLA-algoritmin validiteetin toteamiseksi käytettiin testattua kaupallista AKURI-ohjelmaa. AKURI-ohjelma antoi myös hyvän käsityksen siitä, miten NUMO- ja APPRO-yhtälöillä lasketut arvot mahdollisesti eroavat todellisilla käytävillä mitatuista arvoista. JÄKÄLA-algoritmin NUMO- ja APPRO-yhtälöitä testattiin myös vertaamalla niiden antamia tuloksia kolmen erityyppisen käytävän äänenpainetasomittauksiin. Tässä tutkimuksessa on osoitettu, että akustisen kuvateorian pohjalta on mahdollista johtaa laskenta-algoritmi, jota voidaan soveltaa pitkien käytävien äänikenttien pika-arvioinnissa paikan päällä. Sekä teoreettinen laskenta että käytännön äänenpainetasomittaukset todellisilla käytävillä osoittivat, että JÄKÄLA-algoritmin yhtälöiden ennustustarkkuus oli erinomainen ideaalikäytävillä ja hyvä niillä todellisilla käytävillä, joilla ei ollut ääntä heijastavia rakenteita. NUMO- ja APPRO-yhtälöt näyttäisivät toimivan hyvin käytävillä, joiden poikkileikkaus oli lähes neliön muotoinen ja joissa pintojen suurin absorptiokerroin oli korkeintaan kymmenen kertaa pienintä absorptiokerrointa suurempi. NUMO- ja APPRO-yhtälöiden suurin puute on, etteivät ne ota huomioon pintojen erilaisia absorptiokertoimia eivätkä esineistä heijastuvia ääniä. NUMO- ja APPRO- laskentayhtälöt poikkesivat mitatuista arvoista eniten käytävillä, joilla kahden vastakkaisen pinnan absorptiokerroin oli hyvin suuri ja toisen pintaparin hyvin pieni, ja käytävillä, joissa oli massiivisia, ääntä heijastavia pilareita ja palkkeja. JÄKÄLA-algoritmin NUMO- ja APPRO-yhtälöt antoivat tutkituilla käytävillä kuitenkin selvästi tarkempia arvoja kuin Kuttruffin likiarvoyhtälö ja tilastollisen huoneakustiikan perusyhtälö. JÄKÄLA-algoritmin laskentatarkkuutta on testattu vain neljällä todellisella käytävällä. Algoritmin kehittämiseksi tulisi jatkossa käytävän vastakkaisia pintoja ja niiden absorptiokertoimia käsitellä laskennassa pareittain. Algoritmin validiteetin varmistamiseksi on mittauksia tehtävä lisää käytävillä, joiden absorptiomateriaalien jakautumat poikkeavat toisistaan.

On Energy Efficient Computing Platforms

In accordance with the Moore's law, the increasing number of on-chip integrated transistors has enabled modern computing platforms with not only higher processing power but also more affordable prices. As a result, these platforms, including portable devices, work stations and data centres, are becoming an inevitable part of the human society. However, with the demand for portability and raising cost of power, energy efficiency has emerged to be a major concern for modern computing platforms. As the complexity of on-chip systems increases, Network-on-Chip (NoC) has been proved as an efficient communication architecture which can further improve system performances and scalability while reducing the design cost. Therefore, in this thesis, we study and propose energy optimization approaches based on NoC architecture, with special focuses on the following aspects. As the architectural trend of future computing platforms, 3D systems have many bene ts including higher integration density, smaller footprint, heterogeneous integration, etc. Moreover, 3D technology can signi cantly improve the network communication and effectively avoid long wirings, and therefore, provide higher system performance and energy efficiency. With the dynamic nature of on-chip communication in large scale NoC based systems, run-time system optimization is of crucial importance in order to achieve higher system reliability and essentially energy efficiency. In this thesis, we propose an agent based system design approach where agents are on-chip components which monitor and control system parameters such as supply voltage, operating frequency, etc. With this approach, we have analysed the implementation alternatives for dynamic voltage and frequency scaling and power gating techniques at different granularity, which reduce both dynamic and leakage energy consumption. Topologies, being one of the key factors for NoCs, are also explored for energy saving purpose. A Honeycomb NoC architecture is proposed in this thesis with turn-model based deadlock-free routing algorithms. Our analysis and simulation based evaluation show that Honeycomb NoCs outperform their Mesh based counterparts in terms of network cost, system performance as well as energy efficiency.

Bronchoalveolar lavage as a tool for evaluation of cellular alteration during Aelurostrongylus abstrusus infection in cats

Bronchoalveolar lavage (BAL) is a procedure that retrieves cells and other elements from the lungs for evaluation, which helps in the diagnosis of pulmonary diseases. The aim of this study was to perform this procedure for cellular analysis of BAL fluid alterations during experimental infection with Aelurostrongylus abstrusus in cats. Fourteen cats were individually inoculated with 800 third stage larvae of A. abstrusus and five non-infected cats lined as a control group. The BAL procedure was performed through the use of an endotracheal tube on the nineteen cats with a mean age of 18 months, on 0, 30, 60, 90, 120, 180 and 270 days after infection. Absolute cell counts in the infected cats revealed that alveolar macrophages and eosinophils were the predominant cells following infection. This study shows that the technique allows us to retrieve cells and first stage larvae what provides information about the inflammatory process caused by aelurostrongylosis.

Critical aspects on the behavior of material from the mechanical tool-workpiece interaction in single point diamond turning

Some material aspects such as grain size, purity and anisotropy exert an important influence on surface quality, especially in single point diamond turning. The aim of this paper is to present and discuss some critical factors that can limit the accuracy of ultraprecision machining of non-ferrous metals and to identify the effects of them on the cutting mechanism with single point diamond tools. This will be carried out through observations of machined surfaces and chips produced using optical and scanning electron microscopy. Solutions to reduce the influence of some of these limiting factors related with the mechanism of generation of mirror-like surfaces will be discussed.

Investigation on diamond turning of silicon crystal - generation mechanism of surface cut with worn tool

This paper discusses the effect of tool wear on surface finish in single-point diamond turning of single crystal silicon. The morphology and topography of the machined surface clearly show the type of cutting edge wear reproduced onto the cutting grooves. Scanning electron microscopy is used in order to correlate the cutting edge damage and microtopography features observed through atomic force microscopy. The possible wear mechanisms affecting tool performance and surface generation during cutting are also discussed. The zero degree rake angle single point diamond tool presented small nicks on the cutting edge. The negative rake angle tools presented more a type of crater wear on the rake face. No wear was detected on flank face of the diamond tools.

Influence of Cutting Conditions on Tool Life, Tool Wear and Surface Finish in the Face Milling Process

The main goal of this work is to study the influence of cutting conditions - cutting speed, feed velocity and feed per tooth - on tool life and surface finish of the workpiece in the face milling of flat surfaces. Aiming to achieve this goal, several milling experiments were carried out with different cutting speeds, feed velocities and feeds per tooth. In the first phase of the experiments, cutting speed was varied without varying feed velocity, which caused a variation in feed per tooth. In the second phase of the experiments, cutting speed and feed velocity were varied in such a way that feed per tooth was kept constant. Tool flank wear and surface roughness of the workpiece were measured as cutting time elapsed. The main conclusions of this work are that a) cutting speed has a strong influence on tool life, regardless of whether feed velocity or feed per tooth varies and b) an increase in surface roughness of the workpiece is not closely related to an increase in wear of the primary cutting edge.

Hot tool temperature analysis though infrared images

Textile manufacture occupies a prominent place in the national economy. Because of its importance researches have been made on the development of new materials, equipment and methods used in the production process. The cutting of textiles starts in the basic stage, to be followed by the process of the making of clothes and other articles. In the hot cutting of fabric, one of the variables of great importance in the control of the process is the contact temperature between the tool and the fabric. This work presents a technique for the measurement of the temperature based on the processing of infrared images. With this purpose, it was developed a system which is composed of an infrared camera, a framegrabber PC board and a software which analyses the punctual temperature in the cut area enabling the operator to achieve the necessary control of other variables involved in the process.

Indoor Localization Solutions for a Marine Industry Augmented Reality Tool

In this report are described means for indoor localization in special, challenging circum-stances in marine industry. The work has been carried out in MARIN project, where a tool based on mobile augmented reality technologies for marine industry is developed. The tool can be used for various inspection and documentation tasks and it is aimed for improving the efficiency in design and construction work by offering the possibility to visualize the newest 3D-CAD model in real environment. Indoor localization is needed to support the system in initialization of the accurate camera pose calculation and auto-matically finding the right location in the 3D-CAD model. The suitability of each indoor localization method to the specific environment and circumstances is evaluated.

What are the opportunities and challenges of cloud computing technology in the healthcare information systems

This thesis discusses the opportunities and challenges of the cloud computing technology in healthcare information systems by reviewing the existing literature on cloud computing and healthcare information system and the impact of cloud computing technology to healthcare industry. The review shows that if problems related to security of data are solved then cloud computing will positively transform the healthcare institutions by giving advantage to the healthcare IT infrastructure as well as improving and giving benefit to healthcare services. Therefore, this thesis will explore the opportunities and challenges that are associated with cloud computing in the context of Finland in order to help the healthcare organizations and stakeholders to determine its direction when it decides to adopt cloud technology on their information systems.

Pk-yrityksen menestystekijät kansainvälistymisprosessissa

Tutkielman tarkoitus oli selvittää, mitkä tekijät määrittelevät kansainvälistymisprosessin potentiaalista menestyjää. Aihetta on tutkittu paljon, mutta laajempi kokonaiskuva kansainvälistymisen menestystekijöistä puuttui. Tutkielman näkökulma on holistinen: Siinä yhdistettiin useampi linssi eri näkökulmia menestymiseen kansainvälistymisessä ja eri tutkimusmetodeja kvalitatiivisista kvantitatiivisiin. Tutkimuksessa käytettiin teoriasidonnaista lähestymistapaa ja konstruktiivista tutkimusotetta, jonka avulla Finpro ry:lle rakennettiin usean tutkimusvaiheen aikana potentiaalisia menestystapauksia tunnistava työkalu. Tutkimus toteutettiin neljässä vaiheessa, joissa rakennettiin kunkin vaiheen testituloksien mukainen konstruktio. Ensimmäisessä vaiheessa teemahaastattelulla selvitettiin konstruktion tarvepohja sekä rajaehdot. Konstruktion pohjaksi taulukoitiin 2001–2012 vuosien tutkimuksien tutkituimmat menestystekijät ja siihen lisättiin kansainvälistymisprosessin asiantuntijoiden korostamat menestystekijät. Tulokset yhdistettiin rakentamalla Konstruktio1. Toisessa vaiheessa Konstruktio1:sta kyselyn ja eksploratiivisen faktorianalyysin avulla faktoroitiin tärkeimmät menestymisen taustalla olevat ilmiöt, joista rakennettiin Konstruktio2. Kolmannessa vaiheessa kahden riippumattomien otosten ttestin avulla selvitettiin, mitkä Konstruktio2:n menestysfaktorit ovat tärkeimpiä ICT- ja life science -toimialoilla toimiville yrityksille ja mitä ilmiöitä yrityksen johto tai sijoittajat pitävät tärkeinä. Tuloksien pohjalta Konstruktio2 kehitettiin Konstruktio3:ksi. Neljännessä vaiheessa Konstruktio3:n pätevyyttä testattiin peilaamalla sen menestysfaktoreita kuuteen menestyjiksi todettuun tapaukseen, ja sen toimivuus selvitettiin kuuden avoimen haastattelun avulla. Tuloksien avulla Konstruktio3:sta rakennettiin Konstruktio4. Tutkimukset osoittivat, että menestystekijät vaihtelevat yrityksen kansainvälistymispolun ja eri näkökulmien mukaan. Tutkimus loi vahvan teoreettisen ja liiketoiminnallisen kontribuution. Tutkimusvaiheiden avulla hahmotettiin kansainvälistymisessä menestymisen kokonaisuus ja luottiin uusi näkemys pk-yrityksen menestymisestä. Toisaalta päästiin myös heti käyttövalmiiseen lopputulokseen, joka auttaa Finpron konsultteja ja myyjiä ymmärtämään menestymistä kansainvälistymisprosessissa ja löytämään potentiaalisia menestyjiä.