Os problemas de engenharia cada vez mais exigem grandes necessidades computacionais, principalmente em termos de capacidade de processamento, sendo que o tempo de execução é um dos pontos-chave em toda esta discussção. Neste sentido o processamento paralelo surge como um elemento decisivo, pois possibilita uma redução do tempo de processamento em decorrência da execução paralela das operações. Outro fator importante é a questão da computação reconfigurável que possibilita combinar o desempenho do hardware com a flexibilidade do software, permitindo o desenvolvimento de sistemas extremamente complexos e compactos. Este trabalho tem por objetivo apresentar uma proposta de uma arquitetura paralela reconfigurável baseada em fluxo de dados (dataflow), que aproveita a potencialidade tanto do processamento paralelo quanto da computação reconfigurável, e que proporciona uma rápida adequação da máquina paralela ao problema a ser resolvido, garantindo um alto desempenho e uma grande flexibilidade de adaptar o sistema paralelo à aplicação desejada. Esta arquitetura visa explorar o paralelismo existente entre as operações envolvidas nos cálculos numéricos, baseando-se no grafo de fluxo de dados do problema a ser solucionado. A arquitetura é composta por uma unidade de controle, responsável por todo o controle dos Elementos Processadores (EPs) e o fluxo de dados entre eles, e de vários EPs que efetivamente realizam a execução da operação. Ao contrário da computação sequencial, a computação paralela aproveita a disponibilidade dos EPs presentes na arquitetura, garantindo um maior desempenho. Além disso, a arquitetura pode facilmente ser reorganizada, adaptando-se à aplicação, o que garante uma flexibilidade na classe de problemas computacionais que podem ser executados nesta arquitetura. / Many real-world engineering problems require high computational power, especially concerning to the processing speed. Modern parallel processing techniques play an important role in reducing the processing time as a consequence of the parallel execution of machinelevel operations for a given application software , taking advantage of possible independence between data and operations during processing time. Recently, reconfigurable computation has gained large attention thanks to its ability to combine hardware performance and software flexibility, allowed the developmentof very complex, compact and powerful systems for custom application. Tjis work proposes a new architecturefor parallel reconfigurable computation that associate the power of parallel processing and the flexibility of reconfigurable devices. This architecture allows quick customization of the system for many problems and, particularly, for numerical computation. For instance, this architecture can exploit the inherent parallelism of the numerical computation of differential equations, where several operations can be executed at the same time using a dataflow graph model of the problem. The proposedarchitecture is composed by a Control Unit , responsible for the control of all Processing Elements (PEs) and the data flow between them; and many application-customized PEs, responsible for the executionof operations. Diferrently from sequential computation, the parallel computation takes advantageof the available PEs and theirspecificity for the aplication. Therefore, the proposed architecture can offerhigh performance, scalability and customized solutions for engineering problems.

Os problemas de engenharia cada vez mais exigem grandes necessidades computacionais, principalmente em termos de capacidade de processamento, sendo que o tempo de execução é um dos pontos-chave em toda esta discussção. Neste sentido o processamento paralelo surge como um elemento decisivo, pois possibilita uma redução do tempo de processamento em decorrência da execução paralela das operações. Outro fator importante é a questão da computação reconfigurável que possibilita combinar o desempenho do hardware com a flexibilidade do software, permitindo o desenvolvimento de sistemas extremamente complexos e compactos. Este trabalho tem por objetivo apresentar uma proposta de uma arquitetura paralela reconfigurável baseada em fluxo de dados (dataflow), que aproveita a potencialidade tanto do processamento paralelo quanto da computação reconfigurável, e que proporciona uma rápida adequação da máquina paralela ao problema a ser resolvido, garantindo um alto desempenho e uma grande flexibilidade de adaptar o sistema paralelo à aplicação desejada. Esta arquitetura visa explorar o paralelismo existente entre as operações envolvidas nos cálculos numéricos, baseando-se no grafo de fluxo de dados do problema a ser solucionado. A arquitetura é composta por uma unidade de controle, responsável por todo o controle dos Elementos Processadores (EPs) e o fluxo de dados entre eles, e de vários EPs que efetivamente realizam a execução da operação. Ao contrário da computação sequencial, a computação paralela aproveita a disponibilidade dos EPs presentes na arquitetura, garantindo um maior desempenho. Além disso, a arquitetura pode facilmente ser reorganizada, adaptando-se à aplicação, o que garante uma flexibilidade na classe de problemas computacionais que podem ser executados nesta arquitetura. / Many real-world engineering problems require high computational power, especially concerning to the processing speed. Modern parallel processing techniques play an important role in reducing the processing time as a consequence of the parallel execution of machinelevel operations for a given application software , taking advantage of possible independence between data and operations during processing time. Recently, reconfigurable computation has gained large attention thanks to its ability to combine hardware performance and software flexibility, allowed the developmentof very complex, compact and powerful systems for custom application. Tjis work proposes a new architecturefor parallel reconfigurable computation that associate the power of parallel processing and the flexibility of reconfigurable devices. This architecture allows quick customization of the system for many problems and, particularly, for numerical computation. For instance, this architecture can exploit the inherent parallelism of the numerical computation of differential equations, where several operations can be executed at the same time using a dataflow graph model of the problem. The proposedarchitecture is composed by a Control Unit , responsible for the control of all Processing Elements (PEs) and the data flow between them; and many application-customized PEs, responsible for the executionof operations. Diferrently from sequential computation, the parallel computation takes advantageof the available PEs and theirspecificity for the aplication. Therefore, the proposed architecture can offerhigh performance, scalability and customized solutions for engineering problems.

Este trabalho aborda a utilização de computadores paralelos no processamento de problemas de análise estrutural. Inicialmente apresentam-se peculiaridades dos computadores de arquitetura paralela e do desenvolvimento de programas voltados a tais máquinas. Discute-se então a paralelização de duas etapas típicas da aplicação do método dos elementos finitos em análise estrutural: a montagem da matriz de rigidez da estrutura e a resolução do sistema de equações lineares. São propostos algoritmos alternativos para ambas as etapas. Finalmente é abordada a implementação de um programa de análise não linear de treliças tridimensionais com várias etapas paralelas. / This work is about the use of parallel computers on solving structural analysis problems. Initially, the particular features of parallel computers and the related software development are presented. The parallelization of two typical steps of finite method element are discussed: the assembly of global stiffness matrix and the solution of the linear system of equations. Alternative algorithms are proposed for both steps. Finally, the implementation of a program for nonlinear space truss analysis with several parallel steps is presented.

Orientador: Marconi Kolm Madrid / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-10T03:57:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Castro_EbervalOliveira_M.pdf: 4698124 bytes, checksum: 0a0a438cbad7212bdba90f2c96875871 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A solução de modelos dinâmicos de robôs em tempo real é um dos principais desafios da robótica. Este trabalho propõe um multiprocessador de quatro núcleos fortemente acoplados, o SMM-4 (Sistema Multiprocessado Monolítico), consistindo de uma arquitetura de processamento paralelo monolítica sintetizada em FPGA para aplicações em controle de sistemas robóticos. Uma análise quantitativa e qualitativa é realizada em contraste a sistemas uniprocessadores, evidenciando os ganhos obtidos através desta abordagem em FPGA. O SMM-4 foi desenvolvido no Laboratório de Sistemas Modulares Robóticos (LSMR/Unicamp) como uma das alternativas para o cálculo das equações dos modelos de robôs em tempo real / Abstract: The solution of robots¿ dynamic models in real-time is one of major challenges of the robotics. This work presents a strongly coupled quad-core multiprocessor ¿ the MMS-4 (Monolithic Multiprocessor System) ¿ consisting of a monolithical parallel processing architecture synthesized on FPGA for applications on robotic control systems. A quantitative and qualitative analysis is performed in contrast with uniprocessor systems for the purpose of evince the benefits obtained choosing this approach in FPGA. The MMS-4 was developed at Robotic Modular Systems Laboratory (LSMR/Unicamp) as an alternative to calculate the equations systems of robots¿ models on real-time / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Marco Aurelio Amaral Henriques / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-05T12:56:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Enomoto_Cristina_M.pdf: 856279 bytes, checksum: ce524a49db0f67734e28d8458d5deb0b (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Vários sistemas de grid e computação distribuída existentes só permitem a execução de aplicações com um fluxo de execução de tarefas básico, no qual é feita a distribuição das tarefas executadas em paralelo e depois a coleta de seus resultados. Outros sistemas permitem definir uma relação de dependências entre as tarefas, formando um grafo direcionado acíclico. Porém, mesmo com este modelo de fluxo de execução não é possível executar vários tipos de aplicações que poderiam ser paralelizadas, como, por exemplo, algoritmos genéticos e de cálculo numérico que utilizam algum tipo de processamento iterativo. Nesta dissertação é proposta uma linguagem de especificação para fluxo de execução de aplicações paralelas que permite um controle de fluxo de tarefas mais flexível, viabilizando desvios condicionais e laços com iterações controladas. A linguagem é baseada na notação XML (eXtensible Markup Language), o que lhe confere características importantes tais como flexibilidade e simplicidade. Para avaliar estas e outras características da linguagem proposta, foi feita uma implementação sobre o sistema de processamento paralelo JoiN. Além de viabilizar a criação e execução de novas aplicações paralelas cujos fluxos de tarefas contêm laços e/ou desvios condicionais, a linguagem se mostrou simples de usar e não causou sobrecarga perceptível ao sistema paralelo / Abstract: Many distributed and parallel systems allow only a basic task flow, in which the parallel tasks are distributed and their results collected. In some systems the application execution flow gives support to a dependence relationship among tasks, represented by a directed acyclic graph. Even with this model it is not possible to execute in parallel some important applications as, for example, genetic algorithms. Therefore, there is a need for a new specification model with more sophisticated flow controls that allow some kind of iterative processing at the level of task management. The purpose of this work is to present a proposal for a specification language for parallel application execution workflow, which provides new types of control structures and allows the implementation of a broader range of applications. This language is based on XML (eXtensible Markup Language) notation, which provides characteristics like simplicity and flexibility to the proposed language. To evaluate these and other characteristics of the language, it was implemented on the JoiN parallel processing system. Besides allowing the creation and execution of new parallel applications containing task flows with loops and conditional branches, the proposedlanguage was easy to use and did not cause any significant overhead to the parallel system / Mestrado / Engenharia de Computação / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Hugo Enrique Hernandez Figueroa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-15T19:32:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_CarlosHenriquedaSilva_D.pdf: 6145760 bytes, checksum: b129064af29e8b7052b13e0b422b299c (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Esse trabalho tem por objetivo desenvolver algoritmos bio-inspirados (Algoritmo Genético, Estratégia Evolutiva e Sistema Imunológico Artificial) eficientes (tempo de processamento e convergência), e flexíveis (multi-plataforma), para a otimização de dispositivos eletromagnéticos nos domínios da frequência e do tempo. Além disso, para satisfazer a demanda computacional requerida nessas otimizações, foram implementadas versões paralelas dos algoritmos bio-inspirados e do método das diferenças finitas no domínio tempo em três dimensões (FDTD 3D) para serem executados em cluster de computadores. A eficiência e flexibilidade dos algoritmos desenvolvidos foram confirmadas através da aplicação criteriosa de testes de desempenho disponíveis na literatura. Isto permitiu a proposta e simulação de novos e complexos dispositivos eletromagnéticos baseados em estruturas metamateriais / Abstract: The objectives of this work are to develop efficient (runtime and convergence) and flexible (multiplatform) bio-inspired algorithms (Genetic Algorithm, Evolution Strategy and Artificial Immune System), for the optimization of electromagnetic devices either in frequency and time domain. In addition, to satisfy the computational requirements for these optimizations a parallel version of these bio-inspired algorithms and a three-dimensional finite difference time domain (3D FDTD) were developed capable to be processed in cluster computers. The successful performance of these parallel resources was confirmed by their careful assessment through key tests available in the specialized literature. This permitted the proposal and simulation of novel and complex electromagnetic devices based on metamaterial structures / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Guido Costa Souza de Araújo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T04:52:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Baixo_AndreOliveiraLoureirodo_M.pdf: 1756118 bytes, checksum: 00900e9463b55e1800da080419da53c7 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A utilização máxima dos núcleos de arquiteturas multi-processadas é fundamental para permitir uma utilização completa do paralelismo disponível em processadores modernos. A fim de obter desempenho escalável, técnicas de paralelização requerem um ajuste cuidadoso de: (a) mecanismo arquitetural para especulação; (b) ambiente de execução; e (c) transformações baseadas em software. Mecanismos de hardware e software já foram propostos para tratar esse problema. Estes mecanismos, ou requerem alterações profundas (e arriscadas) nos protocolos de coerência de cache, ou exibem uma baixa escalabilidade de desempenho para uma gama de aplicações. Trabalhos recentes em técnicas de paralelização baseadas em DOPIPE (como DSWP) sugerem que a combinação de versionamento de dados baseado em paginação com especulação em software pode resultar em bons ganhos de desempenho. Embora uma solução apenas em software pareça atrativa do ponto de vista da indústria, essa não utiliza todo o potencial da microarquitetura para detectar e explorar paralelismo. A adição de tags às caches para habilitar o versionamento de dados, conforme recentemente anunciado pela indústria, pode permitir uma melhor exploração de paralelismo no nível da microarquitetura. Neste trabalho, é apresentado um modelo de execução que permite tanto a especulação baseada em DOPIPE, como as técnicas de paralelização especulativas tradicionais. Este modelo é baseado em uma simples abordagem com tags de cache para o versionamento de dados, que interage naturalmente com protocolos de coerência de cache tradicionais, não necessitando que estes sejam alterados. Resultados experimentais, utilizando benchmarks SPEC e PARSEC, revelam um ganho de desempenho geométrico médio de 21.6× para nove programas sequenciais em uma máquina simulada de 24 núcleos, demonstrando uma melhora na escalabilidade quando comparada a uma abordagem apenas em software / Abstract: Maximal utilization of cores in multicore architectures is key to realize the potential performance available from modern microprocessors. In order to achieve scalable performance, parallelization techniques rely on carefully tunning speculative architecture support, runtime environment and software-based transformations. Hardware and software mechanisms have already been proposed to address this problem. They either require deep (and risky) changes on the existing hardware and cache coherence protocols, or exhibit poor performance scalability for a range of applications. Recent work on DOPIPE-based parallelization techniques (e.g. DSWP) has suggested that the combination of page-based data versioning with software speculation can result in good speed-ups. Although a softwareonly solution seems very attractive from an industry point-of-view, it does not enable the whole potential of the microarchitecture in detecting and exploiting parallelism. The addition of cache tags as an enabler for data versioning, as recently announced in the industry, could allow a better exploitation of parallelism at the microarchitecture level. In this paper we present an execution model that supports both DOPIPE-based speculation and traditional speculative parallelization techniques. It is based on a simple cache tagging approach for data versioning, which integrates smoothly with typical cache coherence protocols, and does not require any changes to them. Experimental results, using SPEC and PARSEC benchmarks, reveal a geometric mean speedup of 21.6x for nine sequential programs in a 24-core simulated CMP, while demonstrate improved scalability when compared to a software-only approach / Mestrado / Ciência da Computação / Mestre em Ciência da Computação

Orientador : Celso Pascoli Bottura / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-01T16:06:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barreto_Gilmar_D.pdf: 3708607 bytes, checksum: 3b4291314b6c8041286e4a776d5c99f6 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Este estudo primeiramente investiga fundamentos teóricos para análise, desenvolvimento e implementação de algoritmos para modelagem de dados de sistemas dinâmicos e de séries temporais multivariáveis no espaço de estado, através de métodos de subespaço. Tem como segundo objetivo o desenvolvimento e implementação de algoritmos para modelagem computacional distribuída e paralela destes tipos de dados multivariados. A modelagem computacional de dados no espaço de estado é apresentada, comentada e avaliada sobre "benchmarks ". Desta forma esperamos viabilizar uma metodologia original e eficiente que contribuirá de forma direta para a modelagem de sistemas multivariáveis e de formas direta e ou indireta para o controle de sistemas multivariáveis. / Abstract: This study investigates firstly theoretical foundations in analysis, development and implementation of algorithms for state space modelling of time series and dynamic systems data. The second objective is the development and implementation of parallel and distributed computational modelling algorithms for such types of multivariate data. State space computational data modelling is presented, commented upon and evaluated against benchmarks. This procedure leads to the expectation of assured feasibility of an original and efficient methodology that will contribute in a direct way to multivariable systems modelling and, both in direct and indirect ways, to the control of multivariable systems. / Doutorado

Orientador : Celso Pascoli Bottura / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-02T15:44:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FonsecaNeto_JoaoVianada_D.pdf: 7728376 bytes, checksum: 17601f25107a5461f9795f00c25fb18e (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Apresenta-se nesta tese uma proposta para alocação de auto estruturas em sistemas dinâmicos lineares multivariáveis por realimentação de estado que tem por base o projeto do regulador linear quadrático (RLQ), otimização multiobjetivo, computação evolutiva e programação paralela. O problema da alocação de autoestruturas é formulado em termos de projetos RLQ e de um método de desigualdades no intuito de colocar a formulação proposta como de problema de otimização multiobjetivo. Este problema é solucionado através do desenvolvimento de algoritmo genético paralelo dedicado à busca das matrizes de ponderação do projeto RLQ. Estratégias de busca são formuladas e elementos de inteligência computacional são utilizados para modelá-Ias e implementá-Ias em uma unidade de decisão lógica que interage com o otimizador genético / Abstract: In this thesis a proposal for eigenstructure placement for multivariable linear dynamic systems by state feedback based on the linear quadratic regulator (LQR), multiobjective optimization, evolutionary computation and parallel programming is presented. The eigenstructure placement problem is formulated based on LQR designs and on an inequality method to conceive a multiobjective optimization problem for the proposed formulation. The solution to this problem is obtained via the development of a parallel genetic algorithm dedicated to the search of LQR design's weighting matrices. Search strategies are formulated and elements of computational intelligence are used to model them and their implementations are made on a logical decision unit that interacts with the GA-optimizer / Doutorado / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Marco Aurélio Amaral Henriques / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T14:25:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HuertaYero_EduardoJavier_D.pdf: 2542631 bytes, checksum: c80e6ec9e2f0c2c08ea46f6ccd078d4b (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Este trabalho estuda a possibilidade de aproveitar o poder de processamento agregado dos computadores conectados pela Internet para resolver problemas de grande porte. O trabalho apresenta um estudo do problema tanto do ponto de vista teórico quanto prático. Desde o ponto de vista teórico estudam-se as características das aplicações paralelas que podem tirar proveito de um ambiente computacional com um grande número de computadores heterogêneos fracamente acoplados. Desde o ponto de vista prático estudam-se os problemas fundamentais a serem resolvidos para se construir um computador paralelo virtual com estas características e propõem-se soluções para alguns dos mais importantes como balanceamento de carga e tolerância a falhas. Os resultados obtidos indicam que é possível construir um computador paralelo virtual robusto, escalável e tolerante a falhas e obter bons resultados na execução de aplicações com alta razão computação/comunicação / Abstract: This thesis explores the possibility of using the aggregated processing power of computers connected by the Internet to solve large problems. The issue is studied both from the theoretical and practical point of views. From the theoretical perspective this work studies the characteristics that parallel applications should have to be able to exploit an environment with a large, weakly connected set of computers. From the practical perspective the thesis indicates the fundamental problems to be solved in order to construct a large parallel virtual computer, and proposes solutions to some of the most important of them, such as load balancing and fault tolerance. The results obtained so far indicate that it is possible to construct a robust, scalable and fault tolerant parallel virtual computer and use it to execute applications with high computing/communication ratio / Doutorado / Engenharia de Computação / Doutor em Engenharia Elétrica