The purpose of this thesis is to improve predictions of irradiation hardening in metals with a focus on coarse-graining via meso-scale simulations. Increasing hardness and decreasing in ductility in nuclear reactor pressure vessel steel is the limiting factor of nuclear reactor life, and accurately predicting reactor life is of the utmost importance for the safe operation of nuclear facilities. This is an inherently multi-scale problem with primary damage occurring at the atomic scale and its effects propagating across ten orders of magnitude in length and time scale to changes in macroscopic material properties, which must be reflected in its methods of prediction. To achieve this goal, this thesis develops two novel approaches to simulate the motion of dislocations in irradiated alpha-iron. First, a dislocation dynamics simulation coarse-graining insight from atomistic dislocation-defect simulations is used to guide the selection of proposed constitutive models. Several studies investigating the effect of size distribution show that the mean defect size can be used with the selected models to predict material hardening without a complex treatment for the defect size distribution. The hardening effect of the commonly observed defect types are found independently and a superposition principle is proposed for materials with both defect types. Second, a link to transition state theory and thermally activated reactions is established using a new method augmenting a discrete dislocation dynamics simulations with the nudged elastic band method to characterise the minimum energy pathways of dislocation reactions. This development enables calculations of activation energy for dislocation events using a continuum method as well as the numerical calculations of dislocation attempt frequency. The thesis concludes with an extension to the analysis of coarse-graining unit events to large scale dislocation-obstacle bypass phenomena.

Le récepteur de l'acide rétinoïque RAR est une protéine de la superfamille des récepteurs nucléaires liant le ligand acide rétinoïque (AR). En présence de son ligand, RAR induit la transcription de ses gènes cibles alors qu'en son absence la transcription est inhibée. Le mécanisme de régulation de RAR est altéré dans les lignées cellulaires humaines de carcinome mammaire dû à une baisse de capacité de synthèse de l'AR. Aussi, l'expression des microARN (miR) est perturbée dans le cancer du sein et un grand nombre de gènes ont été identifiés, après une analyse in-silico, comme des cibles prédites des miRs. Ces derniers peuvent être régulés pas des facteurs de transcription et ils sont capables d'inhiber la prolifération cellulaire et d'induire l'apoptose via la régulation de leurs cibles. Ainsi, les miRs peuvent jouer un rôle dans le mécanisme de régulation de RAR et être impliqués dans des boucles de régulation avec ce récepteur. Dans le cadre de ce travail, nous décrivons une approche développée pour prédire et caractériser des circuits de régulation au niveau transcriptionnel et post-transcriptionnel dans le cancer du sein. Nous nous sommes intéressés aux boucles de régulation de type feed-forward où RAR régule un miR et en commun ils régulent un ensemble de gènes codants pour des protéines dans les cellules tumorales mammaires MCF7 et SKBR3. Ces circuits ont été construits en combinant des données de ChIP-chip de RAR et des données de micro-puces d'ADN tout en utilisant des outils in-silico de prédiction des gènes cibles de miRs. Afin de proposer le modèle approprié de régulation, une analyse in-silico des éléments de réponse de l'AR (RARE) dans les promoteurs des miRs est réalisée. Cette étape permet de prédire si la régulation par RAR est directe ou indirecte. Les boucles ainsi prédites sont filtrées en se basant sur des données d'expression de miR existantes dans des bases de données et dans différentes lignées cellulaires, en vue d'éliminer les faux positifs. De plus, seuls les circuits pertinents sur le plan biologique et trouvés enrichis dans Gene Ontology sont retenus. Nous proposons également d'inférer l'activité des miRs afin d'orienter leur régulation par RAR. L'approche a réussi à identifier des boucles validées expérimentalement. Plusieurs circuits de régulation prédits semblent être impliqués dans divers aspects du développement de l'organisme, de la prolifération et de la différenciation cellulaire. De plus, nous avons pu valider que let-7a peut être induit par l'AR dans les MCF7. / The retinoic acid receptor (RAR) is a type of nuclear receptor that is activated by the ligand retinoic acid (RA). In the presence of ligand, RAR induces the transcription of its targets whereas in the absence of ligand the transcription is blocked. The mechanism of regulation of RAR is altered in breast cancer cell lines due to a reduced capacity to synthesize RA. Also aberrant patterns of microRNA (miR) expression have been reported in human breast cancer and a number of genes involved in breast cancer progression have been identified by in-silico analysis to be targets of miRs. The miRs could be controlled by transcription factors and via the regulation of their mRNA targets, the miRs could promote apoptosis and even inhibit cell proliferation. Hence, the miRs may play a role in the mechanism of regulation of RAR and could be involved in regulatory loops with this receptor. In this work, we describe an approach developed for the prediction and characterization of mixed transcriptional and post-transcriptional regulatory circuits in breast cancer. We concentrated in particular on feed-forward loops, in which RAR regulates a miR, and together with it, a set of joint target protein coding genes in human breast cancer cell lines MCF7 and SKBR3. These loops are constructed by combining ChIP-chip datasets of RAR with datasets of DNA microarrays and by using miR target prediction tools. In order to predict the appropriate model of regulation, in-silico analysis was performed to look for retinoic acid response element (RARE) in miR promoter. This step could identify if the regulation by RAR is direct or indirect. The regulatory loops will be then filtered, in order to reduce the number of false positive, based on databases designed to represent human miR expression profiles in different tissues or cell types. Moreover, only biologically relevant circuits enriched in Gene Ontology were retained. Also, we propose to infer miR activity in order to detect their regulation by RAR. This approach was able to find some existing experimental data. Several regulatory circuits seem to be involved in various aspects of organism development, proliferation and cell differentiation. Furthermore, we were able to validate the induction of let-7a by RA in MCF7 cells.

Les applications de flux de données sont des cibles importantes de l’optimisation de programme en raison de leur haute exigence de calcul et la diversité de leurs domaines d’application: communication, systèmes embarqués, multimédia, etc. L’un des problèmes les plus importants et difficiles dans la conception des langages de programmation destinés à ce genre d’applications est comment les ordonnancer à grain fin à fin d’exploiter les ressources disponibles de la machine.Dans cette thèse on propose un "framework" pour l’ordonnancement à grain fin des applications de flux de données et des boucles imbriquées en général. Premièrement on essaye de paralléliser le nombre maximum de boucles en appliquant le pipeline logiciel. Après on merge le prologue et l’épilogue de chaque boucle (phase) parallélisée pour éviter l’augmentation de la taille du code. Ce processus est un pipeline multidimensionnel, quelques occurrences (ou instructions) sont décalées par des iterations de la boucle interne et d’autres occurrences (instructions) par des iterationsde la boucle externe. Les expériences montrent que l’application de cette technique permet l’amélioration des performances, extraction du parallélisme sans augmenter la taille du code, à la fois dans le cas des applications de flux des donnée et des boucles imbriquées en général. / Applications based on streams, ordered sequences of data values, are important targets of program optimization because of their high computational requirements and the diversity of their application domains: communication, embedded systems, multimedia, etc. One of the most important and difficult problems in special purpose stream language design and implementation is how to schedule these applications in a fine-grain way to exploit available machine resources In this thesis we propose a framework for fine-grain scheduling of streaming applications and nested loops in general. First, we try to pipeline steady state phases (inner loops), by finding the repeated kernel pattern, and executing actor occurrences in parallel as much as possible. Then we merge the kernel prolog and epilog of pipelined phases to move them out of the outer loop. Merging the kernel prolog and epilog means that we shift acotor occurrences, or instructions, from one phase iteration to another and from one outer loop iteration to another, a multidimensional shifting. Experimental shows that our framwork can imporove perfomance, prallelism extraction without increasing the code size, in streaming applications and nested loops in general.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les algorithmes des systèmes temps réels incluent de plus en plus de nids de boucles, qui sont caractérisés par un temps d’exécution important. De ce fait, plusieurs démarches de parallélisme des boucles imbriquées ont été proposées dans l’objectif de réduire leurs temps d’exécution. Ces démarches peuvent être classifiées selon deux niveaux de granularité : le parallélisme au niveau des itérations et le parallélisme au niveau des instructions. Dans le cas du deuxième niveau de granularité, les techniques visent à atteindre un parallélisme total des instructions appartenant à une même itération. Cependant, le parallélisme est contraint par les dépendances des données inter-itérations ce qui implique le décalage des instructions à travers les boucles imbriquées, provocant ainsi une augmentation du code proportionnelle au niveau du parallélisme. Par conséquent, le parallélisme total au niveau des instructions des nids de boucles engendre des implémentations avec des temps d’exécution non-optimaux et des tailles du code importantes. Les travaux de cette thèse s’intéressent à l’amélioration des stratégies de parallélisme des nids de boucles. Une première contribution consiste à proposer une nouvelle technique de parallélisme au niveau des instructions baptisée « retiming multidimensionnel décalé ». Elle vise à ordonnancer les nids de boucles avec une période de cycle minimale, sans atteindre un parallélisme total. Une deuxième contribution consiste à mettre en pratique notre technique dans le contexte de l’implémentation temps réel embarquée des nids de boucles. L’objectif est de respecter la contrainte du temps d’exécution tout en utilisant un code de taille minimale. Dans ce contexte, nous avons proposé une première démarche d’optimisation qui consiste à utiliser notre technique pour déterminer le niveau parallélisme minimal. Par la suite, nous avons décrit une deuxième démarche permettant de combiner les parallélismes au niveau des instructions et au niveau des itérations, en utilisant notre technique et le « loop striping » / The real time implementation algorithms always include nested loops which require important execution times. Thus, several nested loop parallelism techniques have been proposed with the aim of decreasing their execution times. These techniques can be classified in terms of granularity, which are the iteration level parallelism and the instruction level parallelism. In the case of the instruction level parallelism, the techniques aim to achieve a full parallelism. However, the loop carried dependencies implies shifting instructions in both side of nested loops. Consequently, these techniques provide implementations with non-optimal execution times and important code sizes, which represent limiting factors when implemented on embedded real-time systems. In this work, we are interested on enhancing the parallelism strategies of nested loops. The first contribution consists of purposing a novel instruction level parallelism technique, called “delayed multidimensional retiming”. It aims to scheduling the nested loops with the minimal cycle period, without achieving a full parallelism. The second contribution consists of employing the “delayed multidimensional retiming” when providing nested loop implementations on real time embedded systems. The aim is to respect an execution time constraint while using minimal code size. In this context, we proposed a first approach that selects the minimal instruction parallelism level allowing the execution time constraint respect. The second approach employs both instruction level parallelism and iteration level parallelism, by using the “delayed multidimensional retiming” and the “loop striping”

Le calcul autonome vise à concevoir des logiciels qui prennent en compte les variations dans leur environnement d'exécution. Les boucles de rétro-action (FCL) fournissent un mécanisme d'auto-adaptation générique, mais leur intégration dans des systèmes logiciels soulève de nombreux défis. Cette thèse s'attaque au défi d'intégration, c.à.d. la composition de l'architecture de connexion reliant le système logiciel adaptable au moteur d'adaptation. Nous proposons pour cela le langage de modélisation spécifique au domaine FCDL. Il élève le niveau d'abstraction des FCLs, permettant l'analyse automatique et la synthèse du code. Ce langage est capable de composition, de distribution et de réflexivité, permettant la coordination de plusieurs boucles de rétro-action distribuées et utilisant des mécanismes de contrôle variés. Son utilisation est facilitée par l'environnement de modélisation ACTRESS qui permet la modélisation, la vérification et la génération du code. La pertinence de notre approche est illustrée à travers trois scénarios d'adaptation réels construits de bout en bout. Nous considérons ensuite la manipulation de modèles comme moyen d'implanter ACTRESS. Nous proposons un Langage Spécifique au Domaine interne qui utilise Scala pour implanter une famille de DSLs. Il permet la vérification de cohérence et les transformations de modèles. Les DSLs résultant ont des propriétés similaires aux approches existantes, mais bénéficient en plus de la souplesse, de la performance et de l'outillage associés à Scala. Nous concluons avec des pistes de recherche découlant de l'application de l'IDM au domaine du calcul autonome. / The vision of Autonomic Computing and Self-Adaptive Software Systems aims at realizing software that autonomously manage itself in presence of varying environmental conditions. Feedback Control Loops (FCL) provide generic mechanisms for self-adaptation, however, incorporating them into software systems raises many challenges. The first part of this thesis addresses the integration challenge, i.e., forming the architecture connection between the underlying adaptable software and the adaptation engine. We propose a domain-specific modeling language, FCDL, for integrating adaptation mechanisms into software systems through external FCLs. It raises the level of abstraction, making FCLs amenable to automated analysis and implementation code synthesis. The language supports composition, distribution and reflection thereby enabling coordination and composition of multiple distributed FCLs. Its use is facilitated by a modeling environment, ACTRESS, that provides support for modeling, verification and complete code generation. The suitability of our approach is illustrated on three real-world adaptation scenarios. The second part of this thesis focuses on model manipulation as the underlying facility for implementing ACTRESS. We propose an internal Domain-Specific Language (DSL) approach whereby Scala is used to implement a family of DSLs, SIGMA, for model consistency checking and model transformations. The DSLs have similar expressiveness and features to existing approaches, while leveraging Scala versatility, performance and tool support. To conclude this thesis we discuss further work and further research directions for MDE applications to self-adaptive software systems.

Cette thèse s’articule autour des espaces de modules de représentations de carquois arbitraires, c’est-à-dire possédant d’éventuelles boucles. Nous obtenons trois types de résultats. Le premier concerne la base canonique de Lusztig, dont la définition est étendue à notre cadre, notamment en introduisant une algèbre de Hopf généralisant les groupes quantiques usuels (i.e. associés aux algèbres de Kac-Moody symétriques). On démontre au passage une conjecture faite par Lusztig en 1993, portant sur la catégorie de faisceaux pervers qu’il définit sur les variétés de représentations de carquois.Le second type de résultats, également inspiré par le travail de Lusztig, concerne la base semi- canonique et la variété Lagrangienne nilpotent de Lusztig. Pour un carquois arbitraire, on définit des sous-variétés de représentations semi-nilpotentes Λ(α), et nous montrons qu’elles sont Lagrangiennes. La démonstration repose sur l’existence de fibrations affines partielles entre diverses composantes de Λ(α), contrôlées par une combinatoire précise. Nous définissons une algèbre de convolution de fonctions constructibles sur ⊔Λ(α), et montrons qu’elle possède une base formée de fonctions quasi- caractéristiques des composantes irréductibles des Λ(α). La structure combinatoire qui se dégage ici est analogue à celle obtenue sur les faisceaux pervers de Lusztig, et fait apparaître des opérateurs plus généraux que ceux décrits par les cristaux de Kashiwara.Le troisième thème considéré est celui des variétés carquois de Nakajima, dont l’étude géomé- trique menée ici permet, conjointement avec ce qui est fait précédemment, de donner une définition de cristaux de Kashiwara généralisés. On définit à nouveau des sous-variétés Lagrangiennes, ainsi qu’un produit tensoriel sur leurs composantes irréductibles, comme fait dans le cas classique par Nakajima. / This thesis is about the moduli spaces of representations of arbitrary quivers, i.e. possibly carrying loops. We obtain three types of results. The first one deals with the Lusztig canonical basis, whose definition is here extended to our framework, thanks in particular to the definition of a Hopf algebra generalizing the usual quantum groups (i.e. associated to symmetric Kac-Moody algebras). We also prove a conjecture raised by Lusztig in 1993, which concerns the category of perverse sheaves he defines on varieties of representations of quivers.The second type of results, also inspired by the work of Lusztig, concerns the semicanonical basis. For an arbitrary quiver, we define subvarieties of seminilpotent representations Λ(α), and we show that they are Lagrangian. The proof relies on the existence of partial affine fibrations between some irreducible components of Λ(α), controled by a precise combinatorial structure. We define a convolution algebra of constructible functions on ⊔Λ(α), and show it is equipped with a basis of quasi-characteristic functions of the irreducible components of the Λ(α). The combinatorial structure arising from this construction is analogous to the one obtained on Lusztig perverse sheaves, and yields operators more general than the ones described by Kashiwara crystals.The third considered topic is the one of Nakajima quiver varieties, whose geometric study in this thesis allows, along with the previous (also geometric) work, to define generalized Kashiwara crystals. We define, again, Lagrangian subvarieties, and a tensor product of their irreducible components, as done by Nakajima on the classical case.

Circuitos de convecção natural ou sistemas de circulação natural são empregados em diversas áreas da engenharia. Reatores nucleares refrigerados a água utilizam circuitos de circulação natural como método passivo de seguranca. Em situações críticas, sem qualquer controle externo, o sistema permanece em segurança por suas próprias características de funcionamento (intrinsecamente seguro). O trabalho proposto consiste em estudar numericamente o circuito de circulação natural de água, localizado no Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares / Comissão Nacional de Energia Nuclear em São Paulo, por meio do uso de modelos matemáticos, objetivando determinar o padrão do escoamento em condições sem mudança de fase líquido-vapor. A comparação dos resultados de temperatura obtidos por cada um dos modelos de turbulência aos pontos instrumentados no circuito experimental, na condição transitória, revelou desvios significativos nas respostas do modelo de zero equação. Desvios intermediário foram observados nos modelos de transporte da viscosidade turbulenta (EVTE), k - ω, SST e SSG e resultados melhores foram vericados nos modelos k - ε e DES (com significativa superioridade do primeiro modelo). / Natural circulation loops apply to many engineering applications such as: water heating solar energy system (thermo-siphons), thermal management of electrical components (voltage converter), geothermal energy, nuclear reactors, etc. In pressurized water nuclear reactors, known as PWR\'s, the natural circulation loops are employed to ensure passive safety. In critical situations, the heat transfer will occur only by natural convection, without any external control or mechanical devices. This feature is desired and has been considered in modern nuclear reactor projects. This work consists of a numerical study of the natural circulation loop, located at the Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares / Comissão Nacional de Energia Nuclear in São Paulo, Brazil, in order to establish the ow pattern in single phase conditions. The comparison of numerical results to experiments in transient condition revealed significant deviations for the Zero Equation turbulence model. Intermediate deviations for the Eddy Viscosity Turbulence Equation (EVTE), k - ω, SST e SSG models. And the best results are obtained by the k - ε e DES models (with better results for the k - ε model).

Circuitos de convecção natural ou sistemas de circulação natural são empregados em diversas áreas da engenharia. Reatores nucleares refrigerados a água utilizam circuitos de circulação natural como método passivo de seguranca. Em situações críticas, sem qualquer controle externo, o sistema permanece em segurança por suas próprias características de funcionamento (intrinsecamente seguro). O trabalho proposto consiste em estudar numericamente o circuito de circulação natural de água, localizado no Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares / Comissão Nacional de Energia Nuclear em São Paulo, por meio do uso de modelos matemáticos, objetivando determinar o padrão do escoamento em condições sem mudança de fase líquido-vapor. A comparação dos resultados de temperatura obtidos por cada um dos modelos de turbulência aos pontos instrumentados no circuito experimental, na condição transitória, revelou desvios significativos nas respostas do modelo de zero equação. Desvios intermediário foram observados nos modelos de transporte da viscosidade turbulenta (EVTE), k - ω, SST e SSG e resultados melhores foram vericados nos modelos k - ε e DES (com significativa superioridade do primeiro modelo). / Natural circulation loops apply to many engineering applications such as: water heating solar energy system (thermo-siphons), thermal management of electrical components (voltage converter), geothermal energy, nuclear reactors, etc. In pressurized water nuclear reactors, known as PWR\'s, the natural circulation loops are employed to ensure passive safety. In critical situations, the heat transfer will occur only by natural convection, without any external control or mechanical devices. This feature is desired and has been considered in modern nuclear reactor projects. This work consists of a numerical study of the natural circulation loop, located at the Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares / Comissão Nacional de Energia Nuclear in São Paulo, Brazil, in order to establish the ow pattern in single phase conditions. The comparison of numerical results to experiments in transient condition revealed significant deviations for the Zero Equation turbulence model. Intermediate deviations for the Eddy Viscosity Turbulence Equation (EVTE), k - ω, SST e SSG models. And the best results are obtained by the k - ε e DES models (with better results for the k - ε model).

Cheng Sin-hang. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2002. / Includes bibliographical references (leaves 90-92). / Abstracts in English and Chinese. / Chapter Chapter 1 --- Introduction --- p.1 / Chapter Chapter 2 --- Theory of Oscillator Design --- p.4 / Chapter 2.1 --- Open-loop approach --- p.4 / Chapter 2.2 --- One-port approach --- p.6 / Chapter 2.3 --- Two-port approach --- p.9 / Chapter 2.4 --- Voltage controlled oscillator (VCO) design --- p.10 / Chapter 2.4.1 --- Active device selection and biasing --- p.11 / Chapter 2.4.2 --- Feedback circuit design --- p.15 / Chapter 2.4.3 --- Frequency tuning circuit --- p.20 / Chapter Chapter 3 --- Noise in Oscillators --- p.23 / Chapter 3.1 --- Origin of phase noise --- p.23 / Chapter 3.2 --- Impact of phase noise in communication system --- p.28 / Chapter 3.3 --- Phase noise consideration in VCO design --- p.30 / Chapter Chapter 4 --- Low Temperature Co-Fired Ceramic --- p.31 / Chapter 4.1 --- LTCC process --- p.31 / Chapter 4.1.1 --- LTCC fabrication process --- p.32 / Chapter 4.1.2 --- LTCC materials --- p.34 / Chapter 4.1.3 --- Advantages of LTCC technology --- p.35 / Chapter 4.2 --- Passive components realization in LTCC --- p.37 / Chapter 4.2.1 --- Capacitor --- p.37 / Chapter 4.2.2 --- Inductor --- p.42 / Chapter Chapter 5 --- High-Q LTCC Resonator Design --- p.47 / Chapter 5.1 --- Definition of Q-factor --- p.47 / Chapter 5.2 --- Stripline --- p.50 / Chapter 5.3 --- Power losses --- p.52 / Chapter 5.4 --- Laminated stripline resonator design --- p.53 / Chapter 5.4.1 --- λ/4 resonator structure --- p.57 / Chapter 5.4.2 --- Meander-line resonator structure --- p.60 / Chapter 5.4.3 --- Bi-metal-layer resonator structure --- p.63 / Chapter Chapter 6 --- LTCC Voltage Controlled Oscillator Design --- p.67 / Chapter 6.1 --- Circuit design --- p.67 / Chapter 6.2 --- Output filter --- p.68 / Chapter 6.3 --- Embedded capacitor --- p.71 / Chapter 6.4 --- VCO layout and simulation --- p.72 / Chapter Chapter 7 --- Experimental Setup and Results --- p.77 / Chapter 7.1 --- Measured Result: LTCC resonators --- p.77 / Chapter 7.1.1 --- Experimental results --- p.79 / Chapter 7.2 --- Measured results: LTCC voltage controlled oscillators --- p.83 / Chapter Chapter 8 --- Conclusion and Future Work --- p.88 / Reference List --- p.90 / Appendix A: TRL calibration method --- p.93 / Appendix B: Q measurement --- p.103 / Appendix C: Q-factor extraction program listing --- p.109 / Chapter 1. --- Function used to calculate Q from s-parameter --- p.109 / Chapter 2. --- Function used to calculate Q from z-parameter --- p.111