Initialement con¸cu pour d´echarger le CPU des tˆaches de rendu graphique, le GPU estdevenu une architecture massivement parall`ele adapt´ee au traitement de donn´ees volumineuses.Alors qu’il occupe une part de march´e importante dans le Calcul Haute Performance, uned´emarche d’Ad´equation Algorithme Architecture est n´eanmoins requise pour impl´ementerefficacement un algorithme sur GPU.La contribution de cette th`ese est double. Dans un premier temps, nous pr´esentons legain significatif apport´e par l’impl´ementation optimis´ee d’un algorithme de granulom´etrie(l’ordre de grandeur passe de l’heure `a la minute pour un volume de 10243 voxels). Un mod`eleanalytique permettant d’´etablir les variations de performance de l’application de granulom´etriesur GPU a ´egalement ´et´e d´efini et pourrait ˆetre ´etendu `a d’autres algorithmes r´eguliers.Dans un second temps, un outil facilitant le d´eploiement d’applications de Traitementdu Signal et de l’Image sur cluster multi-GPU a ´et´e d´evelopp´e. Pour cela, le champ d’actiondu programmeur est r´eduit au d´ecoupage du programme en tˆaches et `a leur mapping sur les´el´ements de calcul (GPP ou GPU). L’am´elioration notable du d´ebit sortant d’une applicationstreaming de calcul de carte de saillence visuelle a d´emontr´e l’efficacit´e de notre outil pourl’impl´ementation d’une solution sur cluster multi-GPU. Afin de permettre un ´equilibrage decharge dynamique, une m´ethode de migration de tˆaches a ´egalement ´et´e incorpor´ee `a l’outil. / Originally designed to relieve the CPU from graphics rendering tasks, the GPU has becomea massively parallel architecture suitable for processing large amounts of data. While it haswon a significant market share in the High Performance Computing domain, an Algorithm-Architecture Matching approach is still necessary to efficiently implement an algorithm onGPU.The contribution of this thesis is twofold. Firstly, we present the significant gain providedby the implementation of a granulometry optimized algorithm (computation time decreasesfrom several hours to less than minute for a volume of 10243 voxels). An analytical modelestablishing the performance variations of the granulometry application is also presented. Webelieve it can be expanded to other regular algorithms.Secondly, the deployment of Signal and Image processing applications on multi-GPUcluster can be a tedious task for the programmer. In order to help him, we developped alibrary that reduces the scope of the programmer’s contribution in the development. Hisremaining tasks are decomposing the application into a Data Flow Graph and giving mappingannotations in order for the tool to automatically dispatch tasks on the processing elements(GPP or GPU). The throughput of a visual sailency streaming application is then improvedthanks to the efficient implementation brought by our tool on a multi-GPU cluster. In orderto permit dynamic load balancing, a task migration method has also been incorporated into it.

Les travaux de recherche de cette thèse consistent à mettre en place des solutions performantes et légères permettant de répondre aux problèmes de sécurisation de produits sensibles. Motivé par une collaboration avec différents acteurs au sein du projet Nuc-Track,le développement d'un système de sécurité biométrique, possiblement multimodal, mènera à une étude sur différentes caractéristiques biométriques telles que le visage, les empreintes digitales et le réseau vasculaire. Cette thèse sera axée sur une adéquation algorithme et architecture, dans le but de minimiser la taille de stockage des modèles d'apprentissages tout en garantissant des performances optimales. Cela permettra leur stockage sur un support personnel, respectant ainsi les normes de vie privée. / Research of this thesis consists in setting up efficient and light solutions to answer the problems of securing sensitive products. Motivated by a collaboration with various stakeholders within the Nuc-Track project, the development of a biometric security system, possibly multimodal, will lead to a study on various biometric features such as the face, fingerprints and the vascular network. This thesis will focus on an algorithm and architecture matching, with the aim of minimizing the storage size of the learning models while guaranteeing optimal performances. This will allow it to be stored on a personal support, thus respecting privacy standards.

L'industrie a des besoins croissants en systèmes dits intelligents, capable d'analyserles signaux acquis par des capteurs et prendre une décision en conséquence. Cessystèmes sont particulièrement utiles pour des applications de vidéo-surveillanceou de contrôle de qualité. Pour des questions de coût et de consommation d'énergie,il est souhaitable que la prise de décision ait lieu au plus près du capteur. Pourrépondre à cette problématique, une approche prometteuse est d'utiliser des méthodesdites bio-inspirées, qui consistent en l'application de modèles computationels issusde la biologie ou des sciences cognitives à des problèmes industriels. Les travauxmenés au cours de ce doctorat ont consisté à choisir des méthodes d'extractionde caractéristiques bio-inspirées, et à les optimiser dans le but de les implantersur des plateformes matérielles dédiées pour des applications en vision par ordinateur.Tout d'abord, nous proposons un algorithme générique pouvant être utilisés dans différentscas d'utilisation, ayant une complexité acceptable et une faible empreinte mémoire.Ensuite, nous proposons des optimisations pour une méthode plus générale, baséesessentiellement sur une simplification du codage des données, ainsi qu'une implantationmatérielle basées sur ces optimisations. Ces deux contributions peuvent par ailleurss'appliquer à bien d'autres méthodes que celles étudiées dans ce document. / Industry has growing needs for so-called “intelligent systems”, capable of not only ac-quire data, but also to analyse it and to make decisions accordingly. Such systems areparticularly useful for video-surveillance, in which case alarms must be raised in case ofan intrusion. For cost saving and power consumption reasons, it is better to perform thatprocess as close to the sensor as possible. To address that issue, a promising approach isto use bio-inspired frameworks, which consist in applying computational biology modelsto industrial applications. The work carried out during that thesis consisted in select-ing bio-inspired feature extraction frameworks, and to optimize them with the aim toimplement them on a dedicated hardware platform, for computer vision applications.First, we propose a generic algorithm, which may be used in several use case scenarios,having an acceptable complexity and a low memory print. Then, we proposed opti-mizations for a more global framework, based on precision degradation in computations,hence easing up its implementation on embedded systems. Results suggest that whilethe framework we developed may not be as accurate as the state of the art, it is moregeneric. Furthermore, the optimizations we proposed for the more complex frameworkare fully compatible with other optimizations from the literature, and provide encourag-ing perspective for future developments. Finally, both contributions have a scope thatgoes beyond the sole frameworks that we studied, and may be used in other, more widelyused frameworks as well.