Made available in DSpace on 2014-06-12T15:52:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Apesar dos avanços no campo de hardware gráfico, a memória destes dispositivos ainda é um recurso escasso para aplicações usuais. Além disso, para a maioria das aplicações baseadas em rasterização a largura de banda disponível no sistema é um importante fator limitante para o aumento da performance nesses sistemas. Compressão de Texturas tem como objetivo resolver ambos os problemas. Nós apresentamos uma nova técnica para compressão de texturas baseada em síntese de texturas a partir de amostras. A textura comprimida armazena a amostra mais alguns dados, coletados durante a síntese, permitindo a descompressão em tempo-real da textura em maior resolução. Com esse esquema nós somos capazes de alcançar taxas de compressão elevadas. Uma vez que a textura é sintetizada, nosso esquema comprime a textura em alta resolução sem perda de qualidade. Nossa solução explora um espectro de texturas onde algoritmos gerais de compressão de textura não alcançam taxas ótimas de compressão. Essas geralmente são texturas com padrões repetidos, regulares ou quase-regulares, as estocásticas, exatamente os tipos de texturas onde síntese de texturas tende a funcionar bem. Também apresentamos uma formulação analítica para nosso esquema de compressão que permite a computação exata das taxas de compressão alcançadas

Made available in DSpace on 2014-06-12T16:01:31Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo9422_1.pdf: 1276132 bytes, checksum: 3774a722066d704630a96e348e110df1 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2012 / Faculdade de Amparo à Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco / Existem diversos tipos de aplicações de redes de computadores que produzem diferentes perfis de tráfego. Para aperfeiçoar o desempenho destas aplicações ou da rede em que elas estão incluídas, é interessante fazer medições e caracterizações do tráfego gerado por elas. Nesse contexto, existem várias formas para classificação de tráfego como técnicas baseadas em portas, técnicas baseadas em inspeção de pacotes e técnicas baseadas em fluxos. De acordo com o cenário em que será aplicada, cada uma das técnicas apresenta vantagens e desvantagens. Adicionalmente, a classificação tem que lidar com restrições de tempo, sendo capaz de tratar os dados em tempo real. Um possível método a ser utilizado é a classificação de tráfego baseada em fluxos utilizando aprendizagem de máquina. No entanto, é notório que, quando se fala na classificação de fluxos usando aprendizagem de máquina, a caracterização de tráfego ainda necessita de uma abordagem que seja capaz de fornecer uma forma adaptativa de treinamento além de equilibrar precisão e desempenho em um cenário de fluxo contínuo de dados. Este trabalho apresenta um algoritmo voltado para classificação do tráfego baseado em técnicas de mineração de fluxos de dados aplicado a redes de alta velocidade, denominado GSDT (GPU-based Streaming Decision Tree), além de um arcabouço para sua aplicação. Esse algoritmo visa combinar a precisão das árvores de decisão tradicionais com as características da mineração de fluxos de dados. O GSDT também explora o potencial computacional fornecido por uma unidade de processamento gráfico. O arcabouço proposto alia treinamento e classificação, a fim de obter ganhos no desempenho da utilização do algoritmo em um ambiente real. Os experimentos realizados avaliam a precisão do GSDT em relação às técnicas tradicionais e o desempenho das abordagens propostas, demonstrando a viabilidade da aplicação do GSDT nos cenários considerados e a alta performance obtida através da unidade de processamento gráfico

[pt] A geração de cenas realísticas de fenômenos naturais em tempo real é uma das mais importantes áreas de pesquisa para aplicações em jogos e simuladores. No início da computação gráfica para tempo real, a maioria das aplicações tratava a superfície da água como um plano com uma textura. Essa abordagem produz uma visualizaçãomuito pouco realística da superfície da água, além de não reproduzir o comportamento hidrodinâmico correto da água. Nesse contexto, muitos grupos de pesquisa desenvolveram técnicas para a visualização realística da superfície da água, contudo, a maioria desses trabalhos foca no processo off-line e poucos tratam da questão em tempo real. No entanto, os recentes avanços no desempenho do hardware permitiram a utilização de técnicas tradicionalmente usadas emoff-line para o escopo de tempo real, porém não há uma pesquisa-guia que descreva tais técnicas e faça uma análise comparativa das mesmas. Sendo assim, sem tal pesquisa-guia é muito difícil escolher a melhor técnica para um hardware específico ou se determinada técnica provê o controle de simulação necessário para uma aplicação específica.Nesse contexto, a presente pesquisa analisa as técnicas mais importantes para visualização e simulação de oceano em tempo real, utilizando a unidade de processamento gráfico como o processador principal. Além disso, ela realiza uma análise comparativa de desempenho de cada técnica e estuda os prós e contras delas. Ainda, alguns métodos off-line clássicos são adaptados para uso na GPU. / [en] The synthesis of realistic natural scenes in real time is one of the most important research areas for applications in games and simulators. In the beginning of real-time computer graphics, most of the applications treated water surface as a textured plane. This approach produces a very low realistic rendering of the water surface and does not reproduce the correct hydrodynamics behaviour of the water. So, a lot of research groups developed techniques for realistic water rendering, most of them for off-line processes and a few for real-time use. However, current improvementson hardware performance allow the usage oftraditional off-line techniques for real-time proposes, but there is no research work that describesthese techniques and makes a comparative analysis of them. Then, without this comparative analysis, it is very difficult to choose the best technique for a specific hardware or to decide if a particular technique provides the simulation control that a certain application needs.In this context, the present research work analyses the most important techniques for real-time ocean water simulation and visualization using the graphics processor unit as a main processor. Moreover, it makes a performance comparative analysis of each technique and analyses the pros and cons of them. Furthermore, some classic off-line methods are adapted for GPU use.

[pt] As Unidades de Processamento Gráfico (GPUs), ou Placas Gráficas, são processadores que foram originalmente projetados para executar tarefas dedicadas às operações da computação gráfica. Porém, a NVIDIA desenvolveu uma extensão da linguagem C para programação de GPUs, chamada CUDA (Compute Unified Device Architecture). Isto permitiu utilizá-las, na Computação de Alto Desempenho, para processar dados genéricos. Já os sistemas físicos estudados pela Mecânica Quântica apresentam dimensões próximas da escala atômica, tais como moléculas, átomos, prótons e elétrons. A Teoria do Funcional da Densidade (DFT) é um dos métodos iterativos mais usados para encontrar uma solução aproximada para a equação de Schrödinger. Contudo, os cálculos realizados em DFT são computacionalmente intensos devido às integrais de troca e correlação eletrônica, integrais para o cálculo da energia de Hartree e energia cinética dos elétrons, as quais requerem maior esforço computacional à medida que o número de elétrons presentes na simulação aumenta. Esta pesquisa teve como objetivo estudar os cálculos do DFT e identificar partes do algoritmo que, se alteradas, apresentassem benefícios de desempenho ao serem executadas em GPU. Assim, funções computacionalmente intensas do método DFT do SIESTA (Spanish Initiative for Electronic Simulations with Thousands of Atoms) foram paralelizadas e usadas para calcular propriedades físicas de nanotubos e fulerenos. Verificou-se que a execução da versão paralela do SIESTA para GPU é capaz de atingir ganhos em desempenho, em funções individuais, de uma ou até duas ordens de grandeza, tornando promissor o emprego de GPUs em acelerar o processamento da Teoria do Funcional da Densidade. / [en] The graphics processing units (GPUs), or graphics cards, are processors that were originally designed to perform dedicated tasks to the computer graphics operations. However, NVIDIA has developed an extension of the C language for programming GPUs, called CUDA (Compute Unified Device Architecture). This allowed the use of GPUs, in High Performance Computing, for processing generic data. The physical systems studied by quantum mechanics have dimensions close to atomic scale, such as molecules, atoms, protons and electrons. The Density Functional Theory (DFT) is one of the most used interactive methods to find an approximated solution to the Schrödinger equation. However, the calculations in DFT are computationally intensive because of the exchange and correlation electronic integrals, integrals to calculate the Hartree energy and electrons kinetic energy, which requires greater computational effort as the number of electrons present in the simulation increases. This research aimed to study the DFT calculations and identify parts of the algorithm that, if changed, experience performance benefits from execution in GPU. Thus, computationally intensive DFT functions of the SIESTA method (Spanish Initiative for Electronic Simulations with Thousands of Atoms) were parallelized and used to calculate the physical properties of nanotubes and fullerenes. It was found that the implementation of SIESTA parallel version on the GPU is able to achieve gains in performance, in individual functions, of one or even two orders of magnitude, making it promising employment of GPUs to speed up the processing of Density Functional Theory.

[pt] Nesse trabalho, mostramos como simular um fluido em duas dimensões em um domínio com fronteiras arbitrárias. Nosso trabalho é baseado no esquema stable fluids desenvolvido por Joe Stam. A implementação é feita na GPU (Graphics Processing Unit), permitindo velocidade de interação com o fluido. Fazemos uso da linguagem Cg (C for Graphics), desenvolvida pela companhia NVidia. Nossas principais contribuições são o tratamento das múltiplas fronteiras, onde aplicamos interpolação bilinear para atingir melhores resultados, armazenamento das condições de fronteira usa apenas um canal de textura, e o uso de confinamento de vorticidade. / [en] In this work we show how to simulate fluids in two dimensions in a domain with arbitrary bondaries. Our work is based on the stable fluid scheme developed by Jo Stam. The implementation is done in GPU (Graphics Processinfg Unit), thus allowing fluid interaction speed. We use the language Cg (C for Graphics) developed by the company Nvídia. Our main contributions are the treatment of domains with multiple boundaries, where we apply bilinear interpolation to obtain better results, the storage of the bondaty conditions in a unique texturre channel, and the use of vorticity confinement.

Este trabalho apresenta a aplicação de técnicas de processamento paralelo na resolução de equações algébricas oriundas do Método de Elementos Finitos aplicado ao Eletromagnetismo, nos regimes estático e harmônico. As técnicas de programação paralelas utilizadas foram OpenMP, CUDA e GPUDirect, sendo esta última para as plataformas do tipo Multi-GPU. Os métodos iterativos abordados incluem aqueles do subespaço Krylov: Gradientes Conjugados, Gradientes Biconjugados, Conjugado Residual, Gradientes Biconjugados Estabilizados, Gradientes Conjugados para equações normais (CGNE e CGNR) e Gradientes Conjugados ao Quadrado. Todas as implementações fizeram uso das bibliotecas CUSP, CUSPARSE e CUBLAS. Para problemas estáticos, os seguintes pré-condicionadores foram adotados, todos eles com implementações paralelizadas e executadas na GPU: Decomposições Incompletas LU e de Cholesky, Multigrid Algébrico, Diagonal e Inversa Aproximada. Para os problemas harmônicos, apenas os dois primeiros pré-condicionadores foram utilizados, porém na sua versão sequencial, com execução na CPU, resultando em uma implementação híbrida CPU-GPU. As ferramentas computacionais desenvolvidas foram testadas na simulação de problemas de aterramento elétrico. No caso do regime harmônico, em que o fenômeno é regido pela Equação de Onda completa com perdas e não homogênea, a formulação adotada foi aquela em dois potenciais, A-V aresta-nodal. Em todas as situações, os aplicativos desenvolvidos para GPU apresentaram speedups apreciáveis, demonstrando a potencialidade dessa tecnologia para a simulação de problemas de larga escala na Engenharia Elétrica, com excelente relação custo-benefício. / This work presents the use of parallel processing techniques in Graphics Processing Units (GPU) for the solution of algebraic equations arising from the Finite Element modeling of electromagnetic phenomena, both in steadystate and time-harmonic regime. The techniques used were parallel programming OpenMP, CUDA and GPUDirect, the latter for those platforms of type Multi-GPU. The iterative methods discussed include those of the Krylov subspace: Conjugate Gradients, Bi-conjugate Gradients, Conjugate Residual, Bi-conjugate Gradients Stabilized, Conjugate Gradients for Normal Equations (CGNE and CGNR) and Conjugate Gradients Squared. All implementations have made use of CUSP, CUSPARSE and CUBLAS libraries. For the static problems, the following pre-conditioners were adopted, all with parallelized implementations and executed on the GPU: Incomplete decompositions, both LU and Cholesky, Algebraic Multigrid, Diagonal and Approximate Inverse. For the time-harmonic varying problems, only the first two pre-conditioners were used, but in their sequential version and running in the CPU, which yielded a hybrid CPU-GPU implementation. The developed computational tools were tested in the simulation of electrical grounding systems. In the case of the harmonic regime, in which the phenomenon is governed by the driven, lossy wave equation, the formulation adopted was that in two potential, the ungauged edge A-V formulation. In all cases, the developed GPU-based tools showed considerable speedups, showing that this is a promising technology for the simulation of large-scale Electrical Engineering problems, with excellent cost-benefit.

Navegação autônoma é um tópico abrangente cuja atenção por parte da comunidade de robôs móveis vemaumentando ao longo dos anos. O problema consiste em guiar um robô de forma inteligente por um determinado percurso sem ajuda humana. Esta dissertação apresenta um sistema de navegação para ambientes abertos baseado em visão estéreo. Uma câmera estéreo é utilizada na captação de imagens do ambiente e, utilizando o mapa de disparidades gerado por um método estéreo semi-global, dois métodos de detecção de obstáculos são utilizando para segmentar as imagens em regiões navegáveis e não navegáveis. Posteriormente esta classificação é utilizada em conjunto com um método de desvio de obstáculos, resultando em um sistema completo de navegação autônoma. Os resultados obtidos por está dissertação incluem a avaliação de dois métodos estéreo, esta sendo favorável ao método estéreo empregado (semi-global). Foram feitos testes visando avaliar a qualidade e custo computacional de dois métodos para detecção de obstáculos, um baseado em plano e outro baseado em cone. Tais testes deixaram claras as limitações de ambos os métodos e levaram a uma implementação paralela do método baseado em cone. Utilizando uma unidade de processamento gráfico, a versão paralelizada do método baseado em cone atingiu um ganho no tempo computacional de aproximadamente dez vezes. Por fim, os resultados demonstrarão o sistema completo em funcionamento, onde a plataforma robótica utilizada, um veículo elétrico, foi capaz de desviar de pessoas e cones alcançando seu objetivo seguramente / Autonomous navigation is a broad topic that has received increasing attention from the community of mobile robots over the years. The problem is to guide a robot in a smart way for a certain route without human help. This dissertation presents a navigation system for open environments based on stereo vision. A stereo camera is used to capture images of the environment and based on the disparity map generated by a semi-global stereo method, two obstacle detection methods are used to segment the images into navigable and non-navigable regions. Subsequently, this classification is employed in conjunction with a obstacle avoidance method, resulting in a complete autonomous navigation system. The results include an evaluation two stereo methods, this being favorable to the employed stereo method (semi-global). Tests were performed to evaluate the quality and computational cost of two methods for obstacle detection, a plane based one and a cone based. Such tests have left clear the limitations of both methods and led to a parallel implementation of the cone based method. Using a graphics processing unit, a parallel version of the cone based method reached a gain in computational time of approximately ten times. Finally, the results demonstrate the complete system in operation, where the robotic platform used, an electric vehicle, was able to dodge people and cones reaching its goal safely

Este trabalho apresenta a aplicação de técnicas de processamento paralelo na resolução de equações algébricas oriundas do Método de Elementos Finitos aplicado ao Eletromagnetismo, nos regimes estático e harmônico. As técnicas de programação paralelas utilizadas foram OpenMP, CUDA e GPUDirect, sendo esta última para as plataformas do tipo Multi-GPU. Os métodos iterativos abordados incluem aqueles do subespaço Krylov: Gradientes Conjugados, Gradientes Biconjugados, Conjugado Residual, Gradientes Biconjugados Estabilizados, Gradientes Conjugados para equações normais (CGNE e CGNR) e Gradientes Conjugados ao Quadrado. Todas as implementações fizeram uso das bibliotecas CUSP, CUSPARSE e CUBLAS. Para problemas estáticos, os seguintes pré-condicionadores foram adotados, todos eles com implementações paralelizadas e executadas na GPU: Decomposições Incompletas LU e de Cholesky, Multigrid Algébrico, Diagonal e Inversa Aproximada. Para os problemas harmônicos, apenas os dois primeiros pré-condicionadores foram utilizados, porém na sua versão sequencial, com execução na CPU, resultando em uma implementação híbrida CPU-GPU. As ferramentas computacionais desenvolvidas foram testadas na simulação de problemas de aterramento elétrico. No caso do regime harmônico, em que o fenômeno é regido pela Equação de Onda completa com perdas e não homogênea, a formulação adotada foi aquela em dois potenciais, A-V aresta-nodal. Em todas as situações, os aplicativos desenvolvidos para GPU apresentaram speedups apreciáveis, demonstrando a potencialidade dessa tecnologia para a simulação de problemas de larga escala na Engenharia Elétrica, com excelente relação custo-benefício. / This work presents the use of parallel processing techniques in Graphics Processing Units (GPU) for the solution of algebraic equations arising from the Finite Element modeling of electromagnetic phenomena, both in steadystate and time-harmonic regime. The techniques used were parallel programming OpenMP, CUDA and GPUDirect, the latter for those platforms of type Multi-GPU. The iterative methods discussed include those of the Krylov subspace: Conjugate Gradients, Bi-conjugate Gradients, Conjugate Residual, Bi-conjugate Gradients Stabilized, Conjugate Gradients for Normal Equations (CGNE and CGNR) and Conjugate Gradients Squared. All implementations have made use of CUSP, CUSPARSE and CUBLAS libraries. For the static problems, the following pre-conditioners were adopted, all with parallelized implementations and executed on the GPU: Incomplete decompositions, both LU and Cholesky, Algebraic Multigrid, Diagonal and Approximate Inverse. For the time-harmonic varying problems, only the first two pre-conditioners were used, but in their sequential version and running in the CPU, which yielded a hybrid CPU-GPU implementation. The developed computational tools were tested in the simulation of electrical grounding systems. In the case of the harmonic regime, in which the phenomenon is governed by the driven, lossy wave equation, the formulation adopted was that in two potential, the ungauged edge A-V formulation. In all cases, the developed GPU-based tools showed considerable speedups, showing that this is a promising technology for the simulation of large-scale Electrical Engineering problems, with excellent cost-benefit.

Navegação autônoma é um tópico abrangente cuja atenção por parte da comunidade de robôs móveis vemaumentando ao longo dos anos. O problema consiste em guiar um robô de forma inteligente por um determinado percurso sem ajuda humana. Esta dissertação apresenta um sistema de navegação para ambientes abertos baseado em visão estéreo. Uma câmera estéreo é utilizada na captação de imagens do ambiente e, utilizando o mapa de disparidades gerado por um método estéreo semi-global, dois métodos de detecção de obstáculos são utilizando para segmentar as imagens em regiões navegáveis e não navegáveis. Posteriormente esta classificação é utilizada em conjunto com um método de desvio de obstáculos, resultando em um sistema completo de navegação autônoma. Os resultados obtidos por está dissertação incluem a avaliação de dois métodos estéreo, esta sendo favorável ao método estéreo empregado (semi-global). Foram feitos testes visando avaliar a qualidade e custo computacional de dois métodos para detecção de obstáculos, um baseado em plano e outro baseado em cone. Tais testes deixaram claras as limitações de ambos os métodos e levaram a uma implementação paralela do método baseado em cone. Utilizando uma unidade de processamento gráfico, a versão paralelizada do método baseado em cone atingiu um ganho no tempo computacional de aproximadamente dez vezes. Por fim, os resultados demonstrarão o sistema completo em funcionamento, onde a plataforma robótica utilizada, um veículo elétrico, foi capaz de desviar de pessoas e cones alcançando seu objetivo seguramente / Autonomous navigation is a broad topic that has received increasing attention from the community of mobile robots over the years. The problem is to guide a robot in a smart way for a certain route without human help. This dissertation presents a navigation system for open environments based on stereo vision. A stereo camera is used to capture images of the environment and based on the disparity map generated by a semi-global stereo method, two obstacle detection methods are used to segment the images into navigable and non-navigable regions. Subsequently, this classification is employed in conjunction with a obstacle avoidance method, resulting in a complete autonomous navigation system. The results include an evaluation two stereo methods, this being favorable to the employed stereo method (semi-global). Tests were performed to evaluate the quality and computational cost of two methods for obstacle detection, a plane based one and a cone based. Such tests have left clear the limitations of both methods and led to a parallel implementation of the cone based method. Using a graphics processing unit, a parallel version of the cone based method reached a gain in computational time of approximately ten times. Finally, the results demonstrate the complete system in operation, where the robotic platform used, an electric vehicle, was able to dodge people and cones reaching its goal safely

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / O escalonamento de recursos à um processo chave para a plataforma de ComputaÃÃo em Nuvem, que geralmente utiliza mÃquinas virtuais (MVs) como unidades de escalonamento. O uso de tÃcnicas de virtualizaÃÃo fornece grande flexibilidade com a habilidade de instanciar vÃrias MVs em uma mesma mÃquina fÃsica (MF), modificar a capacidade das MVs e migrÃ-las entre as MFs. As tÃcnicas de consolidaÃÃo e alocaÃÃo dinÃmica de MVs tÃm tratado o impacto da sua utilizaÃÃo como uma medida independente de localizaÃÃo. à geralmente aceito que o desempenho de uma MV serà o mesmo, independentemente da MF em que ela à alocada. Esta à uma suposiÃÃo razoÃvel para um ambiente homogÃneo, onde as MFs sÃo idÃnticas e as MVs estÃo executando o mesmo sistema operacional e aplicativos. No entanto, em um ambiente de ComputaÃÃo em Nuvem, espera-se compartilhar um conjunto composto por recursos heterogÃneos, onde as MFs podem variar em termos de capacidades de seus recursos e afinidades de dados. O objetivo principal deste trabalho à apresentar uma arquitetura que possibilite a padronizaÃÃo da representaÃÃo do poder de processamento das MFs e MVs, em funÃÃo de Unidades de Processamento (UPs), apoiando-se na limitaÃÃo do uso da CPU para prover isolamento de desempenho e manter a capacidade de processamento das MVs independente da MF subjacente. Este trabalho busca suprir a necessidade de uma soluÃÃo que considere a heterogeneidade das MFs presentes na infraestrutura da Nuvem e apresenta polÃticas de escalonamento baseadas na utilizaÃÃo das UPs. A arquitetura proposta, chamada FairCPU, foi implementada para trabalhar com os hipervisores KVM e Xen, e foi incorporada a uma nuvem privada, construÃda com o middleware OpenNebula, onde diversos experimentos foram realizados para avaliar a soluÃÃo proposta. Os resultados comprovam a eficiÃncia da arquitetura FairCPU em utilizar as UPs para reduzir a variabilidade no desempenho das MVs, bem como para prover uma nova maneira de representar e gerenciar o poder de processamento das MVs e MFs da infraestrutura. / Resource scheduling is a key process for cloud computing platform, which generally uses virtual machines (VMs) as scheduling units. The use of virtualization techniques provides great flexibility with the ability to instantiate multiple VMs on one physical machine (PM), migrate them between the PMs and dynamically scale VMâs resources. The techniques of consolidation and dynamic allocation of VMs have addressed the impact of its use as an independent measure of location. It is generally accepted that the performance of a VM will be the same regardless of which PM it is allocated. This assumption is reasonable for a homogeneous environment where the PMs are identical and the VMs are running the same operating system and applications. Nevertheless, in a cloud computing environment, we expect that a set of heterogeneous resources will be shared, where PMs will face changes both in terms of their resource capacities and as also in data affinities. The main objective of this work is to propose an architecture to standardize the representation of the processing power by using processing units (PUs). Adding to that, the limitation of CPU usage is used to provide performance isolation and maintain the VMâs processing power at the same level regardless the underlying PM. The proposed solution considers the PMs heterogeneity present in the cloud infrastructure and provides scheduling policies based on PUs. The proposed architecture is called FairCPU and was implemented to work with KVM and Xen hypervisors. As study case, it was incorporated into a private cloud, built with the middleware OpenNebula, where several experiments were conducted. The results prove the efficiency of FairCPU architecture to use PUs to reduce VMsâ performance variability, as well as to provide a new way to represent and manage the processing power of the infrastructureâs physical and virtual machines.