Um algoritmo paralelo eficiente de migração reversa no tempo (rtm) 3d com granularidade fina

The reverse time migration algorithm (RTM) has been widely used in the seismic industry to generate images of the underground and thus reduce the risk of oil and gas exploration. Its widespread use is due to its high quality in underground imaging. The RTM is also known for its high computational cost. Therefore, parallel computing techniques have been used in their implementations. In general, parallel approaches for RTM use a coarse granularity by distributing the processing of a subset of seismic shots among nodes of distributed systems. Parallel approaches with coarse granularity for RTM have been shown to be very efficient since the processing of each seismic shot can be performed independently. For this reason, RTM algorithm performance can be considerably improved by using a parallel approach with finer granularity for the processing assigned to each node. This work presents an efficient parallel algorithm for 3D reverse time migration with fine granularity using OpenMP. The propagation algorithm of 3D acoustic wave makes up much of the RTM. Different load balancing were analyzed in order to minimize possible losses parallel performance at this stage. The results served as a basis for the implementation of other phases RTM: backpropagation and imaging condition. The proposed algorithm was tested with synthetic data representing some of the possible underground structures. Metrics such as speedup and efficiency were used to analyze its parallel performance. The migrated sections show that the algorithm obtained satisfactory performance in identifying subsurface structures. As for the parallel performance, the analysis clearly demonstrate the scalability of the algorithm achieving a speedup of 22.46 for the propagation of the wave and 16.95 for the RTM, both with 24 threads.

Estudo da produção de multijatos em colisões próton-próton com √s= 7 TeV no detector CMS/LHC

O Compact Muon Solenoid (CMS) é um dos principais detectores instalados no LHC que possibilita o estudo de diferentes aspectos da Física, indo do Modelo Padrão à matéria escura. Esse detector de propósito geral, foi construído para ser capaz de medir múons com uma grande precisão e todos os seus subdetectores foram construídos com uma alta granularidade, tornando possível identificar e caracterizar as propriedades cinemáticas das partículas finais da colisão. O algoritmo de reconstrução de eventos inclui a identificação de jatos, ou seja, é possível identificar a assinatura da produção de pártons na colisão e a medida de seções de choque da produção de muitos jatos é um dos métodos para se explorar as contribuições da Cromodinâmica Quântica (Quantum Chromodynamics - QCD) perturbativa, permitindo avaliar as previsões implementadas nas simulações de eventos. Tendo em vista a caracterização de processos relacionados com a QCD em colisões de próton-próton a uma energia do centro de massa de 7 TeV, é apresentada a medida da seção de choque da produção inclusiva de multijatos no CMS. Para realizar essa medida foram utilizados dados reais coletados em 2010, onde não se apresentava muitas colisões por cruzamento de pacote, com uma luminosidade integrada de L = 2,869 pb-1 e utilizando jatos que estão em quase todo o espaço de fase acessível em pseudorapidez |n|≤ 4,8 e momentum transverso pT ≥ 30 GeV/ c2. Desse resultado foram removidos os efeitos de detecção comparado com predições simuladas.

Otimização por enxame de partículas em arquiteturas paralelas de alto desempenho.

A Otimização por Enxame de Partículas (PSO, Particle Swarm Optimization) é uma técnica de otimização que vem sendo utilizada na solução de diversos problemas, em diferentes áreas do conhecimento. Porém, a maioria das implementações é realizada de modo sequencial. O processo de otimização necessita de um grande número de avaliações da função objetivo, principalmente em problemas complexos que envolvam uma grande quantidade de partículas e dimensões. Consequentemente, o algoritmo pode se tornar ineficiente em termos do desempenho obtido, tempo de resposta e até na qualidade do resultado esperado. Para superar tais dificuldades, pode-se utilizar a computação de alto desempenho e paralelizar o algoritmo, de acordo com as características da arquitetura, visando o aumento de desempenho, a minimização do tempo de resposta e melhoria da qualidade do resultado final. Nesta dissertação, o algoritmo PSO é paralelizado utilizando três estratégias que abordarão diferentes granularidades do problema, assim como dividir o trabalho de otimização entre vários subenxames cooperativos. Um dos algoritmos paralelos desenvolvidos, chamado PPSO, é implementado diretamente em hardware, utilizando uma FPGA. Todas as estratégias propostas, PPSO (Parallel PSO), PDPSO (Parallel Dimension PSO) e CPPSO (Cooperative Parallel PSO), são implementadas visando às arquiteturas paralelas baseadas em multiprocessadores, multicomputadores e GPU. Os diferentes testes realizados mostram que, nos problemas com um maior número de partículas e dimensões e utilizando uma estratégia com granularidade mais fina (PDPSO e CPPSO), a GPU obteve os melhores resultados. Enquanto, utilizando uma estratégia com uma granularidade mais grossa (PPSO), a implementação em multicomputador obteve os melhores resultados.

Implementação de algoritmos genéticos paralelos em uma arquitetura MPSoC.

Essa dissertação apresenta a implementação de um algoritmo genético paralelo utilizando o modelo de granularidade grossa, também conhecido como modelo das ilhas, para sistemas embutidos multiprocessados. Os sistemas embutidos multiprocessados estão tornando-se cada vez mais complexos, pressionados pela demanda por maior poder computacional requerido pelas aplicações, principalmente de multimídia, Internet e comunicações sem fio, que são executadas nesses sistemas. Algumas das referidas aplicações estão começando a utilizar algoritmos genéticos, que podem ser beneficiados pelas vantagens proporcionadas pelo processamento paralelo disponível em sistemas embutidos multiprocessados. No algoritmo genético paralelo do modelo das ilhas, cada processador do sistema embutido é responsável pela evolução de uma população de forma independente dos demais. A fim de acelerar o processo evolutivo, o operador de migração é executado em intervalos definidos para realizar a migração dos melhores indivíduos entre as ilhas. Diferentes topologias lógicas, tais como anel, vizinhança e broadcast, são analisadas na fase de migração de indivíduos. Resultados experimentais são gerados para a otimização de três funções encontradas na literatura.

VEBit: um algorítmo para codificação de vídeo com escalabilidade

A codificação de vídeo de modo a permitir a escalabilidade durante a transmissão tem se tornado um tópico de grande nos últimos anos. Em conjunto com um algorítmo de controle de congestionamento, é possível a criação de um ambiente de transmissão multimída mais apropriado. Esta dissertação apresente um algoritimo de codificação de vídeo escalável baseado em bit-planes. O modelo de codificação do video utiliza 3D-DCT para codificação espacial e temporal e um quantizador escalar semelehante ao empregado no MPEG 4. A técnica de escalabilidade em bit-planes implementada permite a divisão da saída de codificador em taxas complementares e com granularidade fina. Este algorítmo e parte integrante doprojeto SAM (Sistema Adaptativo Multimídia), que busca criar um ambiente de transmissão multimídia adaptativo em tempo real. Este projeto está em desenvolvimento na tese de doutorado de Valter Roesler. O algorítmo proposto e implementado é capaz de transmitir de forma unidirecional vídeos de baixa movimentação. Os resultados dos testes realizados com a implementação feita mostram que a solução proposta é flexível em realação a tecnologia disponível de transmissão através do ajuste no númerp de camadas e suas respectivas especificações de banda. Os testes realizados apresentaram um desempenho aceitável para codificação e decodificação de vídeo em tempo real. A taxa de compressão apresentou resultados satisfatórios na transmissao em ambientes de baixa velocidade para as camadas inferiores, bem como taxas de transmissão para ambientes em ADSL, cable modem e rede local para as camadas superiores. Com relação a qualidade do vídeo, esta varia de acordo com o grau de movimentação do mesmo. Por exemplo, no modelo "talking-head", comum em videoconferências, a qualidade se mostrou viável para ambientes de baixa velocidade (56 kbits/s).

Caracterização de núcleos celulares no adenocarcinoma primário de reto por análise de imagem digital

O câncer colorretal é um tumor maligno freqüente no mundo ocidental. É o terceiro em freqüência e o segundo em mortalidade nos países desenvolvidos. No Brasil está entre as seis neoplasias malignas mais encontradas e a quinta em mortalidade. Dos tumores colorretais, aproximadamente 40% estão localizados no reto. A sobrevida, em cinco anos, dos pacientes operados por câncer do reto varia entre 40% e 50%, estando os principais fatores prognósticos, utilizados na prática clínica corrente, baseados em critérios de avaliação clínico-patológicos. A avaliação das alterações morfométricas e densimétricas nas neoplasias malignas tem, recentemente, sido estudadas e avaliadas através da análise de imagem digital e demonstrado possibilidades de utilização diagnóstica e prognóstica. A assinatura digital é um histograma representativo de conjuntos de características de textura da cromatina do núcleo celular obtida através da imagem computadorizada. O objetivo deste estudo foi a caracterização dos núcleos celulares neoplásicos no adenocarcinoma primário de reto pelo método da assinatura digital e verificar o valor prognóstico das alterações nucleares da textura da cromatina nuclear para esta doença. Foram avaliados, pelo método de análise de imagem digital, 51 casos de pacientes operados no Hospital de Clínicas de Porto Alegre (HCPA) entre 1988 e 1996 e submetidos à ressecção eletiva do adenocarcinoma primário de reto, com seguimento de cinco anos pós-operatório, ou até o óbito antes deste período determinado pela doença, e 22 casos de biópsias normais de reto obtidas de pacientes submetidos a procedimentos endoscópicos, para controle do método da assinatura digital. A partir dos blocos de parafina dos espécimes estocados no Serviço de Patologia do HCPA, foram realizadas lâminas coradas com hematoxilina e eosina das quais foram selecionados 3.635 núcleos dos adenocarcinomas de reto e 2.366 núcleos dos controles da assinatura digital, totalizando 6.001 núcleos estudados por análise de imagem digital. De cada um destes núcleos foram verificadas 93 características, sendo identificadas 11 características cariométricas com maior poder de discriminação entre as células normais e neoplásicas. Desta forma, através da verificação da textura da cromatina nuclear, foram obtidos os histogramas representativos de cada núcleo ou conjunto de núcleos dos grupos ou subgrupos estudados, também no estadiamento modificado de Dukes, dando origem às assinaturas digitais correspondentes. Foram verificadas as assinaturas nucleares, assinaturas de padrão histológico ou de lesões e a distribuição da Densidade Óptica Total. Houve diferença significativa das características entre o grupo normal e o grupo com câncer, com maior significância para três delas, a Área, a Densidade Óptica Total e a Granularidade nuclear. Os valores das assinaturas médias nucleares foram: no grupo normal 0,0009 e nos estadiamentos; 0,9681 no A, 4,6185 no B, 2,3957 no C e 2,1025 no D e diferiram com significância estatística (P=0,001). A maior diferença do normal ocorreu no subgrupo B de Dukes-Turnbull. As assinaturas nucleares e de padrão histológico mostraram-se distintas no grupo normal e adenocarcinoma, assim como a distribuição da Densidade Óptica Total a qual mostra um afastamento progressivo da normalidade no grupo com câncer. Foi possível a caracterização do adenocarcinoma de reto, que apresentou assinaturas digitais específicas. Em relação ao prognóstico, a Densidade Óptica Total representou a variável que obteve o melhor desempenho, além do estadiamento, como preditor do desfecho.

A Framework supporting collaboration on the distributed design of integrated systems

The work described in this thesis aims to support the distributed design of integrated systems and considers specifically the need for collaborative interaction among designers. Particular emphasis was given to issues which were only marginally considered in previous approaches, such as the abstraction of the distribution of design automation resources over the network, the possibility of both synchronous and asynchronous interaction among designers and the support for extensible design data models. Such issues demand a rather complex software infrastructure, as possible solutions must encompass a wide range of software modules: from user interfaces to middleware to databases. To build such structure, several engineering techniques were employed and some original solutions were devised. The core of the proposed solution is based in the joint application of two homonymic technologies: CAD Frameworks and object-oriented frameworks. The former concept was coined in the late 80's within the electronic design automation community and comprehends a layered software environment which aims to support CAD tool developers, CAD administrators/integrators and designers. The latter, developed during the last decade by the software engineering community, is a software architecture model to build extensible and reusable object-oriented software subsystems. In this work, we proposed to create an object-oriented framework which includes extensible sets of design data primitives and design tool building blocks. Such object-oriented framework is included within a CAD Framework, where it plays important roles on typical CAD Framework services such as design data representation and management, versioning, user interfaces, design management and tool integration. The implemented CAD Framework - named Cave2 - followed the classical layered architecture presented by Barnes, Harrison, Newton and Spickelmier, but the possibilities granted by the use of the object-oriented framework foundations allowed a series of improvements which were not available in previous approaches: - object-oriented frameworks are extensible by design, thus this should be also true regarding the implemented sets of design data primitives and design tool building blocks. This means that both the design representation model and the software modules dealing with it can be upgraded or adapted to a particular design methodology, and that such extensions and adaptations will still inherit the architectural and functional aspects implemented in the object-oriented framework foundation; - the design semantics and the design visualization are both part of the object-oriented framework, but in clearly separated models. This allows for different visualization strategies for a given design data set, which gives collaborating parties the flexibility to choose individual visualization settings; - the control of the consistency between semantics and visualization - a particularly important issue in a design environment with multiple views of a single design - is also included in the foundations of the object-oriented framework. Such mechanism is generic enough to be also used by further extensions of the design data model, as it is based on the inversion of control between view and semantics. The view receives the user input and propagates such event to the semantic model, which evaluates if a state change is possible. If positive, it triggers the change of state of both semantics and view. Our approach took advantage of such inversion of control and included an layer between semantics and view to take into account the possibility of multi-view consistency; - to optimize the consistency control mechanism between views and semantics, we propose an event-based approach that captures each discrete interaction of a designer with his/her respective design views. The information about each interaction is encapsulated inside an event object, which may be propagated to the design semantics - and thus to other possible views - according to the consistency policy which is being used. Furthermore, the use of event pools allows for a late synchronization between view and semantics in case of unavailability of a network connection between them; - the use of proxy objects raised significantly the abstraction of the integration of design automation resources, as either remote or local tools and services are accessed through method calls in a local object. The connection to remote tools and services using a look-up protocol also abstracted completely the network location of such resources, allowing for resource addition and removal during runtime; - the implemented CAD Framework is completely based on Java technology, so it relies on the Java Virtual Machine as the layer which grants the independence between the CAD Framework and the operating system. All such improvements contributed to a higher abstraction on the distribution of design automation resources and also introduced a new paradigm for the remote interaction between designers. The resulting CAD Framework is able to support fine-grained collaboration based on events, so every single design update performed by a designer can be propagated to the rest of the design team regardless of their location in the distributed environment. This can increase the group awareness and allow a richer transfer of experiences among them, improving significantly the collaboration potential when compared to previously proposed file-based or record-based approaches. Three different case studies were conducted to validate the proposed approach, each one focusing one a subset of the contributions of this thesis. The first one uses the proxy-based resource distribution architecture to implement a prototyping platform using reconfigurable hardware modules. The second one extends the foundations of the implemented object-oriented framework to support interface-based design. Such extensions - design representation primitives and tool blocks - are used to implement a design entry tool named IBlaDe, which allows the collaborative creation of functional and structural models of integrated systems. The third case study regards the possibility of integration of multimedia metadata to the design data model. Such possibility is explored in the frame of an online educational and training platform.

Proposta e implementação de uma arquitetura reconfigurável híbrida para aplicações baseadas em fluxo de dados

The increase of applications complexity has demanded hardware even more flexible and able to achieve higher performance. Traditional hardware solutions have not been successful in providing these applications constraints. General purpose processors have inherent flexibility, since they perform several tasks, however, they can not reach high performance when compared to application-specific devices. Moreover, since application-specific devices perform only few tasks, they achieve high performance, although they have less flexibility. Reconfigurable architectures emerged as an alternative to traditional approaches and have become an area of rising interest over the last decades. The purpose of this new paradigm is to modify the device s behavior according to the application. Thus, it is possible to balance flexibility and performance and also to attend the applications constraints. This work presents the design and implementation of a coarse grained hybrid reconfigurable architecture to stream-based applications. The architecture, named RoSA, consists of a reconfigurable logic attached to a processor. Its goal is to exploit the instruction level parallelism from intensive data-flow applications to accelerate the application s execution on the reconfigurable logic. The instruction level parallelism extraction is done at compile time, thus, this work also presents an optimization phase to the RoSA architecture to be included in the GCC compiler. To design the architecture, this work also presents a methodology based on hardware reuse of datapaths, named RoSE. RoSE aims to visualize the reconfigurable units through reusability levels, which provides area saving and datapath simplification. The architecture presented was implemented in hardware description language (VHDL). It was validated through simulations and prototyping. To characterize performance analysis some benchmarks were used and they demonstrated a speedup of 11x on the execution of some applications

Squid impact analyser: uma ferramenta para análise de impacto de mudança em linhas de produto de software

Software Products Lines (SPL) is a software engineering approach to developing software system families that share common features and differ in other features according to the requested software systems. The adoption of the SPL approach can promote several benefits such as cost reduction, product quality, productivity, and time to market. On the other hand, the SPL approach brings new challenges to the software evolution that must be considered. Recent research work has explored and proposed automated approaches based on code analysis and traceability techniques for change impact analysis in the context of SPL development. There are existing limitations concerning these approaches such as the customization of the analysis functionalities to address different strategies for change impact analysis, and the change impact analysis of fine-grained variability. This dissertation proposes a change impact analysis tool for SPL development, called Squid Impact Analyzer. The tool allows the implementation of change impact analysis based on information from variability modeling, mapping of variability to code assets, and existing dependency relationships between code assets. An assessment of the tool is conducted through an experiment that compare the change impact analysis results provided by the tool with real changes applied to several evolution releases from a SPL for media management in mobile devices

Inomogeneidades estruturais em amostras nanoscópicas de supercondutores de alta temperatura crítica

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Aprendizagem de máquina para análise de indicadores na engenharia de software

Indicadores de desempenho são importantes recursos para a gestão da qualidade no desenvolvimento de software. O volume de dados produzido por esses indicadores tende a aumentar significativamente com o tempo de monitoração, dificultando análises e tomadas de decisão. As bases históricas tornam-se complexas, considerando a quantidade de dados monitorados e a diversidade de indicadores (diferentes tipos, granularidade e frequência). Este trabalho propõe o uso de técnicas de aprendizagem de máquina para análise dessas bases, utilizando redes neurais artificiais combinadas com técnicas de visualização de informação. É utilizado um modelo de indicadores, com base nos processos do modelo de referência MPS para Software (MPS-SW), agrupados segundo as perspectivas estratégicas do Balanced Scorecard (BSC).

Desenvolvimento artificial autônomo de um grafo sensório-motor auto-organizável.

A teoria de Jean Piaget sobre o desenvolvimento da inteligência tem sido utilizada na área de inteligência computacional como inspiração para a proposição de modelos de agentes cognitivos. Embora os modelos propostos implementem aspectos básicos importantes da teoria de Piaget, como a estrutura do esquema cognitivo, não consideram o problema da fundamentação simbólica e, portanto, não se preocupam com os aspectos da teoria que levam à aquisição autônoma da semântica básica para a organização cognitiva do mundo externo, como é o caso da aquisição da noção de objeto. Neste trabalho apresentamos um modelo computacional de esquema cognitivo inspirado na teoria de Piaget sobre a inteligência sensório-motora que se desenvolve autonomamente construindo mecanismos por meio de princípios computacionais pautados pelo problema da fundamentação simbólica. O modelo de esquema proposto tem como base a classificação de situações sensório-motoras utilizadas para a percepção, captação e armazenamento das relações causais determiníscas de menor granularidade. Estas causalidades são então expandidas espaço-temporalmente por estruturas mais complexas que se utilizam das anteriores e que também são projetadas de forma a possibilitar que outras estruturas computacionais autônomas mais complexas se utilizem delas. O modelo proposto é implementado por uma rede neural artificial feed-forward cujos elementos da camada de saída se auto-organizam para gerar um grafo sensóriomotor objetivado. Alguns mecanismos computacionais já existentes na área de inteligência computacional foram modificados para se enquadrarem aos paradigmas de semântica nula e do desenvolvimento mental autônomo, tomados como base para lidar com o problema da fundamentação simbólica. O grafo sensório-motor auto-organizável que implementa um modelo de esquema inspirado na teoria de Piaget proposto neste trabalho, conjuntamente com os princípios computacionais utilizados para sua concepção caminha na direção da busca pelo desenvolvimento cognitivo artificial autônomo da noção de objeto.