Desempenho e consumo energético são requisitos fundamentais em sistemas de computação. Um desafio comumente encontrado é conciliar esses dois aspectos, buscando manter o mesmo desempenho, consumindo cada vez menos energia. Muitas técnicas possibilitam a redução do consumo de energia em aplicações paralelas, mas na maioria das vezes elas envolvem recursos encontrados apenas em processadores modernos ou um conhecimento amplo das características da aplicação e da plataforma alvo. Nesse trabalho propomos uma abordagem em formato de Workflow. Na primeira fase, o comportamento da aplicação paralela é investigado. A partir dessa investigação, a segunda fase realiza a execução da aplicação paralela com diferentes frequências (mínima e máxima) de processador, utilizando a caracterização das regiões, obtida na primeira fase da abordagem. Esse Workflow foi implementado em formato de biblioteca dinâmica, a fim de que ela possa ser utilizada em qualquer aplicação OpenMP. A biblioteca possui suporte as duas fases do Workflow, na primeira fase é gerado um arquivo que descreve as assinaturas comportamentais das regiões paralelas da aplicação. Esse arquivo é posteriormente utilizado na segunda fase, quando a biblioteca vai alterar dinamicamente a frequência de processador. O benchmark Lulesh é utilizado como cenário de testes da biblioteca, com isso o maior ganho obtido é a redução de 1,89% do consumo de energia. Esse ganho acarretou uma sobrecarga de 0,09% no tempo de execução. Ao comparar nossa técnica com a política de troca de frequência adotada pelo governor Ondemand do Sistema Operacional Linux, o ganho de 1,89% é significativo em relação ao benchmark utilizado, pois nele existem regiões paralelas de curta duração, o que impacta negativamente no overhead da operação de troca de frequência. / Performance and energy consumption are fundamental requirements in computer systems. A very frequent challenge is to combine both aspects, searching to keep the high performance computing while consuming less energy. There are a lot of techniques to reduce energy consumption, but in general, they use modern processors resources or they require specific knowledge about application and platform used. In this work, we propose a performance analysis workflow strategy divided into two steps. In the first step, we analyze the parallel application behavior through the use of hardware counters that reflect CPU and memory usage. The goal is to obtain a per-region computing signature. The result of this first step is a configuration file that describes the duration of each region, their hardware counters, and source code identification. The second step runs the parallel application with different frequencies (low or high) according to the characterization obtained in the previous step. The results show a reduction of 1,89% in energy consumption for the Lulesh benchmark with an increase of 0,09% in runtime when we compare our approach against the governor Ondemand of the Linux Operating System.

Desempenho e consumo energético são requisitos fundamentais em sistemas de computação. Um desafio comumente encontrado é conciliar esses dois aspectos, buscando manter o mesmo desempenho, consumindo cada vez menos energia. Muitas técnicas possibilitam a redução do consumo de energia em aplicações paralelas, mas na maioria das vezes elas envolvem recursos encontrados apenas em processadores modernos ou um conhecimento amplo das características da aplicação e da plataforma alvo. Nesse trabalho propomos uma abordagem em formato de Workflow. Na primeira fase, o comportamento da aplicação paralela é investigado. A partir dessa investigação, a segunda fase realiza a execução da aplicação paralela com diferentes frequências (mínima e máxima) de processador, utilizando a caracterização das regiões, obtida na primeira fase da abordagem. Esse Workflow foi implementado em formato de biblioteca dinâmica, a fim de que ela possa ser utilizada em qualquer aplicação OpenMP. A biblioteca possui suporte as duas fases do Workflow, na primeira fase é gerado um arquivo que descreve as assinaturas comportamentais das regiões paralelas da aplicação. Esse arquivo é posteriormente utilizado na segunda fase, quando a biblioteca vai alterar dinamicamente a frequência de processador. O benchmark Lulesh é utilizado como cenário de testes da biblioteca, com isso o maior ganho obtido é a redução de 1,89% do consumo de energia. Esse ganho acarretou uma sobrecarga de 0,09% no tempo de execução. Ao comparar nossa técnica com a política de troca de frequência adotada pelo governor Ondemand do Sistema Operacional Linux, o ganho de 1,89% é significativo em relação ao benchmark utilizado, pois nele existem regiões paralelas de curta duração, o que impacta negativamente no overhead da operação de troca de frequência. / Performance and energy consumption are fundamental requirements in computer systems. A very frequent challenge is to combine both aspects, searching to keep the high performance computing while consuming less energy. There are a lot of techniques to reduce energy consumption, but in general, they use modern processors resources or they require specific knowledge about application and platform used. In this work, we propose a performance analysis workflow strategy divided into two steps. In the first step, we analyze the parallel application behavior through the use of hardware counters that reflect CPU and memory usage. The goal is to obtain a per-region computing signature. The result of this first step is a configuration file that describes the duration of each region, their hardware counters, and source code identification. The second step runs the parallel application with different frequencies (low or high) according to the characterization obtained in the previous step. The results show a reduction of 1,89% in energy consumption for the Lulesh benchmark with an increase of 0,09% in runtime when we compare our approach against the governor Ondemand of the Linux Operating System.

Energy consumption in the home depends on appliance ownership and use, space heating systems, control set-points and hot water use. It represents a significant proportion of national demand in the UK. The factors that drive the level of consumption are a complex and interrelated mix of the numbers of people in the home, the building and system characteristics as well as the preferences for the internal environment and service choices of occupants. Reducing the energy demand in the domestic sector is critical to achieving the national 2050 carbon targets, as upward of 60% reduction in demand is assumed by many energy system scenarios and technology pathways. The uptake of reduction measures has been demonstrated to be quite ad hoc and intervention studies have demonstrated considerable variation in the results. Additionally, a limitation of many studies is that they only consider one intervention, whereas a more holistic approach to the assessment of the potential of reduction measures in specific homes may yield a better understanding of the likely impact of measures on the whole house consumption and indeed would shed light on the appropriateness of the assumptions that underpin the decisions that need to be made regarding the future energy supply system and demand strategies. This work presents a systematic approach to modelling potential reductions for a set of seven family homes, feeding back this information to householders and then evaluating the likely reduction potential based on their responses. Carried out through a combination of monitoring and semi-structured interviews, the approach develops a methodology to model energy reduction in specific homes using monitoring data and steady-state heat balance principles to determine ventilation heat loss, improving the assumptions within the energy model regarding those variables affected by human behaviour. The findings suggest that the anticipated reductions in end use energy demand in the domestic sector are possible, but that there is no `one size fits all' solution. A combination of retrofitting and lifestyle change is needed in most homes and smart home technology may potentially be useful in assisting the home owner to achieve reductions where they are attempting to strike a balance between energy efficiency, service and comfort.

[pt] O objetivo desta dissertação é modelar o consumo mensal de utensílios elétricos para fins residenciais em Juiz de Fora por um modelo linear generalizado e comparar os resultados obtidos com os de um modelo clássico de regressão. Para estimar os parâmetros em ambos os casos, foi o software GLIM (Generalized Linear Interactive Models), desenvolvido. Para esta finalidade foi usada uma matriz de dados extraída de uma pesquisa realizada junto a 593 domicílios no Município de Juiz de Fora, MG. Destes, alguns foram excluídos por apresentarem valores discrepantes o que poderia distorcer os resultados do modelo, levando a conclusões errôneas. O corpo desta dissertação consta de uma introdução sobre os problemas do aumento pela demanda de energia elétrica no Brasil e no mundo e as soluções propostas para contornar os problemas resultantes deste aumento através do gerenciamento pelo lado da demanda. Existe alguma literatura a respeito destes trabalhos, sendo que no Brasil o mais conhecido é um trabalho desenvolvido por LINS, Marcos Estelita Pereira em 1989, realizado com 10818 domicílios em todo o Brasil. Neste trabalho supôs-se que o consumo residencial mensal que é a variável resposta do modelo tem distribuição normal, utilizando-se o método dos mínimos quadrados ordinários para a estimação dos parâmetros. Nesta dissertação, foi utilizado um modelo linear generalizado que, se considerar a variável resposta normalmente equivale a um processo clássico de regressão linear. Os resultados da função desvio e da estatística de Pearson generalizada indicaram que deve-se utilizar a distribuição gama de probabilidades para o consumo uma vez que os dados exibem uma ligeira assimetria positiva. Devido às condições da matriz de dados que apresenta algumas colunas com muitos valores nulos para alguns utensílios, recomenda- se que o processo seja repetido para uma matriz mais completa. As diferenças encontradas para uma distribuição normal e uma distribuição gama somente foram significativas para os valores da função desvio e da estatística generalizada de Pearson. Os coeficientes de explicação nos dois casos, são praticamente iguais em condições semelhantes, provavelmente porque a assimetria positiva na variável resposta seja muito pequena. A dissertação é concluída recomendo o emprego dos modelos lineares generalizados por serem mais flexíveis que os modelos clássicos e o emprego do software GLIM para implementar o processo de estimação dos parâmetros dos mesmos. / [en] The purpose of this study is to estimate model of residential consumption of electrical energy in Juiz de Fora, MG, using the computer program GLIM and to compare such results with the ones obtained when a classical regression model are employed. A data representanting the findings of 593 dweling in the city of Juiz de Fora was used in this study. Some data weren´t yet survey considered outliers and could conduce false results and consequenly sing as they were bias the conclusions. This dissertation has an introduction about the problems related to the consumption of electrical energy in Brazil and the world an the solutions proposed to solve it through demand side management (DSM). The consumption was assumed to have a gamma distribution. The data set was divided into four ranges of consumption and one model for each range was estimated. A generalized linear model in this task which can be consideraded a classical regresssion model when consumption is supposed to have a normal distribution. The results from the error function and the generalized Pearson´statistic pointed towards the use of a Gamma probability function for consumption due to a slight positive skeweness shown by the data. The data matrix presented some null columns values for a number of appliances; the repetition of the process using more dense matrix is recommended. The differences found for a normal function and a Gamma distributions were significant only for the values of the errors function and the generalized Pearson statistic. The coefficients of explanation in both cases were under similar conditions, perhaps due to the very slight positive skewness of this response variable. The dissertation is conclude by recommending the use of Generalized Linear Models for the greater flexibility when compared with classic models; besides, the GLIM software is recommended for this estimation of the model parameters.

O consumo de energia tem sido uma variável cada vez mais importante nos projetos de implementação de microprocessadores nas últimas décadas. A arquitetura VLIW é um exemplo representativo desta tendência, devido ao seu design simples e desempenho competitivo, resultado da exploração do paralelismo entre instruções (ILP) em tempo de compilação. Neste trabalho, é realizada uma análise da economia de energia obtida através da adaptação da microarquitetura dos processadores VLIW de acordo com as diferentes fases dos programas executados. Primeiramente, o potencial de otimização é abordado, através da execução de um grupo de benchmarks no processador configurável ρ-vex, e estudando o impacto da largura do processador (i.e.: número de issues) na performance, consumo de energia, e área. A partir desta informação, um experimento levando em conta o caso ótimo (usando um oráculo) foi realizado com o objetivo de variar dinamicamente a largura do processador de acordo com a fase do programa, considerando duas granularidades diferentes. A economia de energia usando este tipo de adaptação pode ser de até 81,5% comparado com uma versão estática do mesmo processador executando o grupo de benchmarks MiBench. Com base nestes resultados, duas técnicas de power gating nas unidades funcionais são propostas. A primeira é baseada em lógica adicional, inserida no processador, para controlar os circuitos de power gating associados com cada unidade funcional. Mostra-se que estas unidades podem ser desabilitadas em até 63% do tempo de execução para os multiplicadores e 30% para as ALUs, com um custo em performance de 13%, em média. A segunda técnica proposta propõe uma técnica para ser usada em conjunto com o compilador para aplicar power gating nas unidades funcionais, assim como nos blocos do banco de registradores. Esta operação é realizada inserindo instruções específicas em tempo de compilação, tendo em conta a análise das probabilidades de instruções de saltos e informação dos blocos básicos, obtidos através de instrumentação de código. Utilizando este tipo de estratégia, é possível economizar até 20% em energia com perda marginal de desempenho. / The development of energy efficient hardware has been a trend in microprocessor design for the last two decades. VLIW processors are a representative example, since they have a simpler design and competitive performance, due to their static ILP exploitation. In this work, we study the energy savings that could be obtained by adapting such microarchitecture according to the current program phase. First we analyze the potential of optimization, by executing a set of benchmarks on the ρ-vex configurable softcore VLIW processor, and by modifying the number of issues. With this data in hand, we develop an oracle experiment to dynamically vary the issue width of the processor according to the phase behavior, considering two different phase granularities. The potential energy savings using this policy could be as high as 81.5% when compared with the static version, executing the MiBench set. Taking into account this information, two techniques for power gating the functional units are proposed. The first approach is based on additional hardware logic to control the power gating circuitry of each Functional Unit. Our results show that these units can be put to sleep on average 63% of the execution cycles for the multipliers and 30% for the ALUs, at a performance loss of 13%. The second approach handles intelligent use of the compiler for power gating the Functional Units as well as blocks of the Register File. We do so by inserting customized instructions at compile time, based on the analysis that involves probabilities of conditional branches and basic block information obtained via dynamic profiling. By using this technique, it is possible to save up of 20% in the total energy consumption with marginal losses in performance.

Desempenho e consumo energético são requisitos fundamentais em sistemas de computação. Um desafio comumente encontrado é conciliar esses dois aspectos, buscando manter o mesmo desempenho, consumindo cada vez menos energia. Muitas técnicas possibilitam a redução do consumo de energia em aplicações paralelas, mas na maioria das vezes elas envolvem recursos encontrados apenas em processadores modernos ou um conhecimento amplo das características da aplicação e da plataforma alvo. Nesse trabalho propomos uma abordagem em formato de Workflow. Na primeira fase, o comportamento da aplicação paralela é investigado. A partir dessa investigação, a segunda fase realiza a execução da aplicação paralela com diferentes frequências (mínima e máxima) de processador, utilizando a caracterização das regiões, obtida na primeira fase da abordagem. Esse Workflow foi implementado em formato de biblioteca dinâmica, a fim de que ela possa ser utilizada em qualquer aplicação OpenMP. A biblioteca possui suporte as duas fases do Workflow, na primeira fase é gerado um arquivo que descreve as assinaturas comportamentais das regiões paralelas da aplicação. Esse arquivo é posteriormente utilizado na segunda fase, quando a biblioteca vai alterar dinamicamente a frequência de processador. O benchmark Lulesh é utilizado como cenário de testes da biblioteca, com isso o maior ganho obtido é a redução de 1,89% do consumo de energia. Esse ganho acarretou uma sobrecarga de 0,09% no tempo de execução. Ao comparar nossa técnica com a política de troca de frequência adotada pelo governor Ondemand do Sistema Operacional Linux, o ganho de 1,89% é significativo em relação ao benchmark utilizado, pois nele existem regiões paralelas de curta duração, o que impacta negativamente no overhead da operação de troca de frequência. / Performance and energy consumption are fundamental requirements in computer systems. A very frequent challenge is to combine both aspects, searching to keep the high performance computing while consuming less energy. There are a lot of techniques to reduce energy consumption, but in general, they use modern processors resources or they require specific knowledge about application and platform used. In this work, we propose a performance analysis workflow strategy divided into two steps. In the first step, we analyze the parallel application behavior through the use of hardware counters that reflect CPU and memory usage. The goal is to obtain a per-region computing signature. The result of this first step is a configuration file that describes the duration of each region, their hardware counters, and source code identification. The second step runs the parallel application with different frequencies (low or high) according to the characterization obtained in the previous step. The results show a reduction of 1,89% in energy consumption for the Lulesh benchmark with an increase of 0,09% in runtime when we compare our approach against the governor Ondemand of the Linux Operating System.

Desempenho e consumo energético são requisitos fundamentais em sistemas de computação. Um desafio comumente encontrado é conciliar esses dois aspectos, buscando manter o mesmo desempenho, consumindo cada vez menos energia. Muitas técnicas possibilitam a redução do consumo de energia em aplicações paralelas, mas na maioria das vezes elas envolvem recursos encontrados apenas em processadores modernos ou um conhecimento amplo das características da aplicação e da plataforma alvo. Nesse trabalho propomos uma abordagem em formato de Workflow. Na primeira fase, o comportamento da aplicação paralela é investigado. A partir dessa investigação, a segunda fase realiza a execução da aplicação paralela com diferentes frequências (mínima e máxima) de processador, utilizando a caracterização das regiões, obtida na primeira fase da abordagem. Esse Workflow foi implementado em formato de biblioteca dinâmica, a fim de que ela possa ser utilizada em qualquer aplicação OpenMP. A biblioteca possui suporte as duas fases do Workflow, na primeira fase é gerado um arquivo que descreve as assinaturas comportamentais das regiões paralelas da aplicação. Esse arquivo é posteriormente utilizado na segunda fase, quando a biblioteca vai alterar dinamicamente a frequência de processador. O benchmark Lulesh é utilizado como cenário de testes da biblioteca, com isso o maior ganho obtido é a redução de 1,89% do consumo de energia. Esse ganho acarretou uma sobrecarga de 0,09% no tempo de execução. Ao comparar nossa técnica com a política de troca de frequência adotada pelo governor Ondemand do Sistema Operacional Linux, o ganho de 1,89% é significativo em relação ao benchmark utilizado, pois nele existem regiões paralelas de curta duração, o que impacta negativamente no overhead da operação de troca de frequência. / Performance and energy consumption are fundamental requirements in computer systems. A very frequent challenge is to combine both aspects, searching to keep the high performance computing while consuming less energy. There are a lot of techniques to reduce energy consumption, but in general, they use modern processors resources or they require specific knowledge about application and platform used. In this work, we propose a performance analysis workflow strategy divided into two steps. In the first step, we analyze the parallel application behavior through the use of hardware counters that reflect CPU and memory usage. The goal is to obtain a per-region computing signature. The result of this first step is a configuration file that describes the duration of each region, their hardware counters, and source code identification. The second step runs the parallel application with different frequencies (low or high) according to the characterization obtained in the previous step. The results show a reduction of 1,89% in energy consumption for the Lulesh benchmark with an increase of 0,09% in runtime when we compare our approach against the governor Ondemand of the Linux Operating System.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:20Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-03-22Bitstream added on 2014-06-13T20:53:05Z : No. of bitstreams: 1 rocha_ef_me_bauru.pdf: 1065816 bytes, checksum: 3d22d6be5edd90f793a16e97035c2fa0 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho pesquisa uma relação entre o consumo de energia elétrica e a forma de implantação dos edifícios, buscando evidenciar diretrizes mais apropriadas para o conforto do usuário. Para isso foi feito um levantamento das características de localização, orientação e forma de cinco edifícios residenciais térreos no bairro Vila Universitária, em Bauru-SP. Através de cruzamentos de dados e análises, foram identificadas algumas tendências de consumo em função das seguintes variáveis: área construída, fator de visão do céu (FVC), tempo de sombreamento, área de exposição das fachadas NE, área de exposição das fachadas NO, área de exposição das fachadas SO e área de exposição das fachadas SE. Aplicando-se técnicas de Redes Neurais Artificiais (RNA) foi possível identificar a relevância de cada uma dessas variáveis para o consumo de energia das edificações estudadas. Os resultados revelam que a área de exposição das fachadas NO é a variável mais importante dentre aquelas estudadas, seguida pelo tempo de sombreamento e o FVC. / This research seeks a relationship between electrical energy consumption and the way buildings are settled, so that appropriated guidelines for the user comfort can be pointed out. For this purpose a data collection was carried out, taking into consideration the location, orientation and form of residential one-story buildings in the neighborhood of Vila Universitaria, in Bauru-SP. By cross-examining data and analysis, some tendencies of energy consumption were identified, considering the following variables: construction area, sky view factor (SVF), shadowing time, NE façade exposition area, NW façade exposition area, SE façade exposition area. By applying Artificial Neural Networks (ANN) technique, we have determined the relevance of each one of these variables on the energy consumption of the studied units. The results showed that the NW façade exposition is the most important variable among the variables studied, followed by the shadowing time and the SVF.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-07-07Bitstream added on 2014-06-13T20:07:11Z : No. of bitstreams: 1 teixeira_rc_dr_guara.pdf: 1588254 bytes, checksum: 4fb756be5260b7257848e074dd7caee0 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A energia é um dos produtos de fundamental importância na sociedade moderna e tem assumido, no momento atual, um papel bastante significativo dentro do contexto da questão ambiental e da busca do desenvolvimento sustentável. Assim, vários projetos, artigos, discussões e leis resultam da convergência de idéias diante da real necessidade de se desenvolver ações e temas que chamem a atenção para problemas relacionados à sua produção e ao seu consumo. Embora a eficiência energética seja uma área em que toda a nação tem responsabilidade, cabe à comunidade científica desenvolver atividades, no domínio da educação, que permitam a divulgação das informações e dos programas existentes e promover boas práticas. Diante dessa necessidade, foi desenvolvida uma ferramenta educacional, baseada nas novas tecnologias, que permite realizar ações de educação informal para a conscientização do uso racional da energia elétrica nas residências. Essa ferramenta educacional constitui-se de um Ambiente Integrado de Projetos Interdisciplinares, denominado WebProInter, concebido para utilização em trabalhos que fazem uso da metodologia da Aprendizagem Baseada em Projetos (PBL) e do portal eletrônico “Vigilantes da Energia”, no qual são disponibilizados um conjunto de informações, ferramentas e metodologias que auxiliam no desenvolvimento de uma rede social com fins educacionais. Essa ferramenta foi concebida e desenvolvida utilizando-se o construcionismo proposto por Papert. Para aplicação dessa ferramenta, foi criado um curso destinado a alunos do Ensino Médio, denominado “Vigilantes da Energia”, considerando-se referências metodológicas e filosóficas baseadas na pesquisa-ação colaborativa. O curso “Vigilantes da Energia” também foi concebido para se testar a eficiência e as vantagens da utilização de ambientes como o WebProInter... / Energy is a product of fundamental importance in modern society and it has been assuming nowadays, a quite significant role in environment and sustainable development issues. Therefore is of paramount importance for the improvement of life standard in all countries the adoption of actions in order to optimize the production and the consumption of energy. Although the energy efficiency to be an area where the whole nation has responsibility, is necessary that the scientific community develops educational skills in order to popularize the information about the existent programs concerning the rational use of energy. In accordance with this need, an educational tool was developed, based on new technologies, that allow one to accomplish actions of informal education for the understanding of the rational use of electrical energy in residences, , through practices in informal education. Such educational tool is constituted of an Integrated Environment of Interdisciplinary Projects, callled WebProInter, which has been concepted to be applied in works that make use of the Project Based Learning (PBL) methodology. This tool is also composed of the website “Energy Watchers”, where one finds a set of information, tools and methodologies that assist the development of a social network educational wise. This tool has been concepted and developed based on the theory proposed by Papert. As an application of this tool, the proposal of a course called “Energy Watchers” has been made, which aims at reaching high school students. Such course considers methodologies and philosophical references based on collaborative researchaction, and has also been made with the purpose of testing the efficiency and advantages of the use of environments such as WebProInter, being your main objective to increase the multiplier agents formation regarding rational use... (Complete abstract click electronic access below)

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