Este trabalho objetiva o estudo da avaliação de desempenho de partes de controle de circuitos integrados, em relação ao consumo de área em silício e atraso de propagação de sinais. Para a implementação são adotados dois diferentes estilos de leiaute (PLA e gate matrix). Para ambos os casos foi utilizado um conjunto único de regras de projeto. A análise dos circuitos visando implementação com PLA 6 é feita com base em estimativas de área e atraso deste, sendo definidas as suas células básicas. Para gate matrix, é feita a síntese de leiaute com um gerador automático de leiaute para circuitos em lógica aleatória e o atraso é estimado por modelo simplificado. A avaliação elétrica para calcular o atraso dos sinais é baseada em modelos simplificados de timing, previamente estudados, que levam em conta elementos parasitas das redes de transistores. São analisadas partes de controle de sistemas reais e máquinas de estados finitos hipotéticas. O trabalho visa propor a melhor estratégia de implementação, através da previsão do desempenho dos circuitos, em função do tamanho e complexidade (em número de portas e sinais de interface) do circuito. / The subject of this work is the performance analysis of control parts of integrated circuits, as a function of silicon area and signals propagation delay. Two different layout styles are used for implementation (PLA and gate matrix). Both of them use the same design rules. The analysis of the circuits implemented with PLA is based on area and delay estimation, with the basic cells already defined. For gate matrix, the layout synthesis is made with an automatic layout generator for random logic circuits and the delay is estimated by simplified models. The electrical evaluation to compute the delay signal is based on simplified timing models, previously studied, taking into account parasitic elements of the transistor networks. Control parts of real systems and finite state machines are analysed. This work aims to select the best implementation strategy, based on performance estimation, as a function of the size and complexity (gates and interface signals) of the circuit.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, den Kompromiss zwischen Universalität und Effizienz bei Instanzennetzsimulatoren zu untersuchen, insbesondere für die Simulation von digitaler Hardware. Ein Instanzennetzsimulator wird definiert mit Hinsicht auf maximale Universalität. Dieser Simulator muss für die Simulation beliebiger Instanzennetze anwendbar sein. Hardware auf der Gatter- und auf der Register-Transferebene wird modelliert für Simulation mit dem definierten Instanzennetzsimulator. Ebenso werden spezifische Hardware- Simulatoren definiert, wobei repräsentative Modelle der Gatter- und der Register-Transferebene ausgewählt werden. Da diese Hardware-Simulatoren nur für bestimmte Systemklassen geeignet sind, die Unterklassen von Instanzennetzen darstellen, bringen sie einen gewissen Effizienzgewinn gegenüber dem allgemeinen Instanzennetzsimulator. Die Messung dieses Gewinns und seine Zurückführung auf bestimmte Eigenschaften der Instanzennetze und der digitalen Systeme sind konkrete Ziele dieser Arbeit. Um diese Messung zu ermöglichen, werden digitale Systeme durch Parametersätze dargestellt. Diese Parameter erlauben uns, exakte Ausdrücke fir den Simulationszeitverbrauch aller definierten Simulatoren abzuleiten. Durch Variierung der Parameterwerte wird das ganze Spektrum der digitalen Systeme erfasst.

Atualmente, existe uma variedade de arquiteturas disponíveis não apenas para a indústria, mas também para consumidores finais. Processadores multi-core tradicionais, GPUs, aceleradores, como o Xeon Phi, ou até mesmo processadores orientados para eficiência energética, como a família ARM, apresentam características arquiteturais muito diferentes. Essa ampla gama de características representa um desafio para os desenvolvedores de aplicações. Os desenvolvedores devem lidar com diferentes conjuntos de instruções, hierarquias de memória, ou até mesmo diferentes paradigmas de programação ao programar para essas arquiteturas. Para otimizar uma aplicação, é importante ter uma compreensão profunda de como ela se comporta em diferentes arquiteturas. Os trabalhos relacionados provaram ter uma ampla variedade de soluções. A maioria deles se concentrou em melhorar apenas o desempenho da memória. Outros se concentram no balanceamento de carga, na vetorização e no mapeamento de threads e dados, mas os realizam separadamente, perdendo oportunidades de otimização. Nesta dissertação de mestrado, foram propostas várias técnicas de otimização para melhorar o desempenho de uma aplicação de exploração sísmica real fornecida pela Petrobras, uma empresa multinacional do setor de petróleo. Os experimentos mostram que loop interchange é uma técnica útil para melhorar o desempenho de diferentes níveis de memória cache, melhorando o desempenho em até 5,3 e 3,9 nas arquiteturas Intel Broadwell e Intel Knights Landing, respectivamente. Ao alterar o código para ativar a vetorização, o desempenho foi aumentado em até 1,4 e 6,5 . O balanceamento de carga melhorou o desempenho em até 1,1 no Knights Landing. Técnicas de mapeamento de threads e dados também foram avaliadas, com uma melhora de desempenho de até 1,6 e 4,4 . O ganho de desempenho do Broadwell foi de 22,7 e do Knights Landing de 56,7 em comparação com uma versão sem otimizações, mas, no final, o Broadwell foi 1,2 mais rápido que o Knights Landing. / Nowadays, there are several different architectures available not only for the industry but also for final consumers. Traditional multi-core processors, GPUs, accelerators such as the Xeon Phi, or even energy efficiency-driven processors such as the ARM family, present very different architectural characteristics. This wide range of characteristics presents a challenge for the developers of applications. Developers must deal with different instruction sets, memory hierarchies, or even different programming paradigms when programming for these architectures. To optimize an application, it is important to have a deep understanding of how it behaves on different architectures. Related work proved to have a wide variety of solutions. Most of then focused on improving only memory performance. Others focus on load balancing, vectorization, and thread and data mapping, but perform them separately, losing optimization opportunities. In this master thesis, we propose several optimization techniques to improve the performance of a real-world seismic exploration application provided by Petrobras, a multinational corporation in the petroleum industry. In our experiments, we show that loop interchange is a useful technique to improve the performance of different cache memory levels, improving the performance by up to 5.3 and 3.9 on the Intel Broadwell and Intel Knights Landing architectures, respectively. By changing the code to enable vectorization, performance was increased by up to 1.4 and 6.5 . Load Balancing improved the performance by up to 1.1 on Knights Landing. Thread and data mapping techniques were also evaluated, with a performance improvement of up to 1.6 and 4.4 . We also compared the best version of each architecture and showed that we were able to improve the performance of Broadwell by 22.7 and Knights Landing by 56.7 compared to a naive version, but, in the end, Broadwell was 1.2 faster than Knights Landing.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, den Kompromiss zwischen Universalität und Effizienz bei Instanzennetzsimulatoren zu untersuchen, insbesondere für die Simulation von digitaler Hardware. Ein Instanzennetzsimulator wird definiert mit Hinsicht auf maximale Universalität. Dieser Simulator muss für die Simulation beliebiger Instanzennetze anwendbar sein. Hardware auf der Gatter- und auf der Register-Transferebene wird modelliert für Simulation mit dem definierten Instanzennetzsimulator. Ebenso werden spezifische Hardware- Simulatoren definiert, wobei repräsentative Modelle der Gatter- und der Register-Transferebene ausgewählt werden. Da diese Hardware-Simulatoren nur für bestimmte Systemklassen geeignet sind, die Unterklassen von Instanzennetzen darstellen, bringen sie einen gewissen Effizienzgewinn gegenüber dem allgemeinen Instanzennetzsimulator. Die Messung dieses Gewinns und seine Zurückführung auf bestimmte Eigenschaften der Instanzennetze und der digitalen Systeme sind konkrete Ziele dieser Arbeit. Um diese Messung zu ermöglichen, werden digitale Systeme durch Parametersätze dargestellt. Diese Parameter erlauben uns, exakte Ausdrücke fir den Simulationszeitverbrauch aller definierten Simulatoren abzuleiten. Durch Variierung der Parameterwerte wird das ganze Spektrum der digitalen Systeme erfasst.

Este trabalho objetiva o estudo da avaliação de desempenho de partes de controle de circuitos integrados, em relação ao consumo de área em silício e atraso de propagação de sinais. Para a implementação são adotados dois diferentes estilos de leiaute (PLA e gate matrix). Para ambos os casos foi utilizado um conjunto único de regras de projeto. A análise dos circuitos visando implementação com PLA 6 é feita com base em estimativas de área e atraso deste, sendo definidas as suas células básicas. Para gate matrix, é feita a síntese de leiaute com um gerador automático de leiaute para circuitos em lógica aleatória e o atraso é estimado por modelo simplificado. A avaliação elétrica para calcular o atraso dos sinais é baseada em modelos simplificados de timing, previamente estudados, que levam em conta elementos parasitas das redes de transistores. São analisadas partes de controle de sistemas reais e máquinas de estados finitos hipotéticas. O trabalho visa propor a melhor estratégia de implementação, através da previsão do desempenho dos circuitos, em função do tamanho e complexidade (em número de portas e sinais de interface) do circuito. / The subject of this work is the performance analysis of control parts of integrated circuits, as a function of silicon area and signals propagation delay. Two different layout styles are used for implementation (PLA and gate matrix). Both of them use the same design rules. The analysis of the circuits implemented with PLA is based on area and delay estimation, with the basic cells already defined. For gate matrix, the layout synthesis is made with an automatic layout generator for random logic circuits and the delay is estimated by simplified models. The electrical evaluation to compute the delay signal is based on simplified timing models, previously studied, taking into account parasitic elements of the transistor networks. Control parts of real systems and finite state machines are analysed. This work aims to select the best implementation strategy, based on performance estimation, as a function of the size and complexity (gates and interface signals) of the circuit.

Este trabalho objetiva o estudo da avaliação de desempenho de partes de controle de circuitos integrados, em relação ao consumo de área em silício e atraso de propagação de sinais. Para a implementação são adotados dois diferentes estilos de leiaute (PLA e gate matrix). Para ambos os casos foi utilizado um conjunto único de regras de projeto. A análise dos circuitos visando implementação com PLA 6 é feita com base em estimativas de área e atraso deste, sendo definidas as suas células básicas. Para gate matrix, é feita a síntese de leiaute com um gerador automático de leiaute para circuitos em lógica aleatória e o atraso é estimado por modelo simplificado. A avaliação elétrica para calcular o atraso dos sinais é baseada em modelos simplificados de timing, previamente estudados, que levam em conta elementos parasitas das redes de transistores. São analisadas partes de controle de sistemas reais e máquinas de estados finitos hipotéticas. O trabalho visa propor a melhor estratégia de implementação, através da previsão do desempenho dos circuitos, em função do tamanho e complexidade (em número de portas e sinais de interface) do circuito. / The subject of this work is the performance analysis of control parts of integrated circuits, as a function of silicon area and signals propagation delay. Two different layout styles are used for implementation (PLA and gate matrix). Both of them use the same design rules. The analysis of the circuits implemented with PLA is based on area and delay estimation, with the basic cells already defined. For gate matrix, the layout synthesis is made with an automatic layout generator for random logic circuits and the delay is estimated by simplified models. The electrical evaluation to compute the delay signal is based on simplified timing models, previously studied, taking into account parasitic elements of the transistor networks. Control parts of real systems and finite state machines are analysed. This work aims to select the best implementation strategy, based on performance estimation, as a function of the size and complexity (gates and interface signals) of the circuit.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, den Kompromiss zwischen Universalität und Effizienz bei Instanzennetzsimulatoren zu untersuchen, insbesondere für die Simulation von digitaler Hardware. Ein Instanzennetzsimulator wird definiert mit Hinsicht auf maximale Universalität. Dieser Simulator muss für die Simulation beliebiger Instanzennetze anwendbar sein. Hardware auf der Gatter- und auf der Register-Transferebene wird modelliert für Simulation mit dem definierten Instanzennetzsimulator. Ebenso werden spezifische Hardware- Simulatoren definiert, wobei repräsentative Modelle der Gatter- und der Register-Transferebene ausgewählt werden. Da diese Hardware-Simulatoren nur für bestimmte Systemklassen geeignet sind, die Unterklassen von Instanzennetzen darstellen, bringen sie einen gewissen Effizienzgewinn gegenüber dem allgemeinen Instanzennetzsimulator. Die Messung dieses Gewinns und seine Zurückführung auf bestimmte Eigenschaften der Instanzennetze und der digitalen Systeme sind konkrete Ziele dieser Arbeit. Um diese Messung zu ermöglichen, werden digitale Systeme durch Parametersätze dargestellt. Diese Parameter erlauben uns, exakte Ausdrücke fir den Simulationszeitverbrauch aller definierten Simulatoren abzuleiten. Durch Variierung der Parameterwerte wird das ganze Spektrum der digitalen Systeme erfasst.

Os sistemas empresariais, para serem avaliados, precisam, de alguma forma, ser enquadrados no atendimento de processos padronizados, para assim ser possível uma medição comparativa de sua eficiência e eficácia. Para isso foi realizada uma pesquisa através de um questionário, no qual o respondente avalia basicamente o atendimento de cada processo padronizado pelo sistema empresarial. Como resultado, constata-se que os sistemas empresariais estão atendendo apenas os processos principais das empresas, como “vendas”, “financeiro” e “produção”. Processos como “gestão ambiental” e “relações com a comunidade” não são atendidos, seja por não existirem esses módulos nos sistemas, seja por desinteresse das empresas em utilizá-los, mesmo que houvesse tal possibilidade. As empresas ainda pouco valorizam os sistemas empresariais e suas aplicações, deixando de usá-los em sua máxima eficiência. Como conseqüência, observa-se que o investimento em treinamento e qualificação dos usuários é muito baixo ou praticamente inexistente, o que implica o não aproveitamento das potencialidades máximas desses sistemas. Por outro lado, os próprios sistemas também apresentam deficiências: em muitos casos, não são flexíveis o suficiente para atender as particularidades de cada empresa, sem a necessidade de configuração. Além disso, cada sistema tem seus pontos fortes, que não necessariamente correspondem aos principais processos da empresa, gerando um descompasso entre o sistema e os processos da empresa. Como resultado final, conclui-se que há a necessidade de os sistemas empresariais serem mais abrangentes e flexíveis, para que possam incluir todos os processos empresariais, 6 e as empresas, por sua vez, devem se preparar melhor para usar todo o potencial já disponível da ferramenta, otimizando, dessa forma, seu investimento.

Os sistemas empresariais, para serem avaliados, precisam, de alguma forma, ser enquadrados no atendimento de processos padronizados, para assim ser possível uma medição comparativa de sua eficiência e eficácia. Para isso foi realizada uma pesquisa através de um questionário, no qual o respondente avalia basicamente o atendimento de cada processo padronizado pelo sistema empresarial. Como resultado, constata-se que os sistemas empresariais estão atendendo apenas os processos principais das empresas, como “vendas”, “financeiro” e “produção”. Processos como “gestão ambiental” e “relações com a comunidade” não são atendidos, seja por não existirem esses módulos nos sistemas, seja por desinteresse das empresas em utilizá-los, mesmo que houvesse tal possibilidade. As empresas ainda pouco valorizam os sistemas empresariais e suas aplicações, deixando de usá-los em sua máxima eficiência. Como conseqüência, observa-se que o investimento em treinamento e qualificação dos usuários é muito baixo ou praticamente inexistente, o que implica o não aproveitamento das potencialidades máximas desses sistemas. Por outro lado, os próprios sistemas também apresentam deficiências: em muitos casos, não são flexíveis o suficiente para atender as particularidades de cada empresa, sem a necessidade de configuração. Além disso, cada sistema tem seus pontos fortes, que não necessariamente correspondem aos principais processos da empresa, gerando um descompasso entre o sistema e os processos da empresa. Como resultado final, conclui-se que há a necessidade de os sistemas empresariais serem mais abrangentes e flexíveis, para que possam incluir todos os processos empresariais, 6 e as empresas, por sua vez, devem se preparar melhor para usar todo o potencial já disponível da ferramenta, otimizando, dessa forma, seu investimento.

Os sistemas empresariais, para serem avaliados, precisam, de alguma forma, ser enquadrados no atendimento de processos padronizados, para assim ser possível uma medição comparativa de sua eficiência e eficácia. Para isso foi realizada uma pesquisa através de um questionário, no qual o respondente avalia basicamente o atendimento de cada processo padronizado pelo sistema empresarial. Como resultado, constata-se que os sistemas empresariais estão atendendo apenas os processos principais das empresas, como “vendas”, “financeiro” e “produção”. Processos como “gestão ambiental” e “relações com a comunidade” não são atendidos, seja por não existirem esses módulos nos sistemas, seja por desinteresse das empresas em utilizá-los, mesmo que houvesse tal possibilidade. As empresas ainda pouco valorizam os sistemas empresariais e suas aplicações, deixando de usá-los em sua máxima eficiência. Como conseqüência, observa-se que o investimento em treinamento e qualificação dos usuários é muito baixo ou praticamente inexistente, o que implica o não aproveitamento das potencialidades máximas desses sistemas. Por outro lado, os próprios sistemas também apresentam deficiências: em muitos casos, não são flexíveis o suficiente para atender as particularidades de cada empresa, sem a necessidade de configuração. Além disso, cada sistema tem seus pontos fortes, que não necessariamente correspondem aos principais processos da empresa, gerando um descompasso entre o sistema e os processos da empresa. Como resultado final, conclui-se que há a necessidade de os sistemas empresariais serem mais abrangentes e flexíveis, para que possam incluir todos os processos empresariais, 6 e as empresas, por sua vez, devem se preparar melhor para usar todo o potencial já disponível da ferramenta, otimizando, dessa forma, seu investimento.