The work presented in this thesis aims at validating an original multicriteria performances estimation tool, NESSIE, dedicated to the prediction of performances to accelerate the design of electronic embedded systems. This tool has been developed in a previous thesis to cope with the limitations of existing design tools and offers a new solution to face the growing complexity of the current applications and electronic platforms and the multiple constraints they are subjected to. More precisely, the goal of the tool is to propose a flexible framework targeting embedded systems in a generic way and enable a fast exploration of the design space based on the estimation of user-defined criteria and a joint hierarchical representation of the application and the platform. In this context, the purpose of the thesis is to put the original framework NESSIE to the test to analyze if it is indeed useful and able to solve current design problems. Hence, the dissertation presents : - A study of the State-of-the-Art related to the existing design tools. I propose a classification of these tools and compare them based on typical criteria. This substantial survey completes the State-of-the-Art done in the previous work. This study shows that the NESSIE framework offers solutions to the limitations of these tools. - The framework of our original mapping tool and its calculation engine. Through this presentation, I highlight the main ingredients of the tool and explain the implemented methodology. - Two external case studies that have been chosen to validate NESSIE and that are the core of the thesis. These case studies propose two different design problems (a reconfigurable processor, ADRES, applied to a matrix multiplication kernel and a 3D stacking MPSoC problem applied to a video decoder) and show the ability of our tool to target different applications and platforms. The validation is performed based on the comparison of a multi-criteria estimation of the performances for a significant amount of solutions, between NESSIE and the external design flow. In particular, I discuss the prediction capability of NESSIE and the accuracy of the estimation. -The study is completed, for each case study, by a quantification of the modeling time and the design time in both flows, in order to analyze the gain achieved by our tool used upstream from the classical tool chain compared to the existing design flow alone. The results showed that NESSIE is able to predict with a high degree of accuracy the solutions that are the best candidates for the design in the lower design flows. Moreover, in both case studies, modeled respectively at a low and higher abstraction level, I obtained a significant gain in the design time. However, I also identified limitations that impact the modeling time and could prevent an efficient use of the tool for more complex problems. To cope with these issues, I end up by proposing several improvements of the framework and give perspectives to further develop the tool.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή προτείνονται μεθοδολογίες σχεδίασης εφαρμογών σε ενσωματωμένες πλατφόρμες ειδικού σκοπού για την βελτίωση της απόδοσης εφαρμογών που εκτελούνται σε αυτές. Τα θεωρούμενα συστήματα στοχεύουν σε αριθμητικά απαιτητικές εφαρμογές, όπως είναι εφαρμογές Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήματος και πολυμέσων. Οι περιγραφές των εφαρμογών γίνεται σε γλώσσα υψηλού επιπέδου γεγονός που διευκολύνει την υλοποίηση των εφαρμογών στις θεωρούμενες επεξεργαστικές πλατφόρμες. Οι μεθοδολογίες έχουν αυτοματοποιηθεί, με την χρήση πρωτότυπων και εμπορικά διαθέσιμων εργαλείων, για την αποτελεσματική και γρήγορη αποτίμηση των λύσεων σχεδίασης και απεικόνισης. Αρχικά, προτείνεται μια μέθοδος για την αποτελεσματική υλοποίηση εφαρμογών Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήματος σε ένα σύστημα μικροεπεξεργαστή που περιέχει σαν επιταχυντή κρίσιμων τμημάτων ένα ευέλικτο χειριστή δεδομένων (data-path). Η υπεροχή του προτεινόμενου data-path σε σχέση με υπάρχοντες χειριστές δεδομένων δείχνεται για ένα σύνολο χαρακτηριστικών αριθμητικών υπολογιστικών πυρήνων (kernels). Παρουσιάζεται μια αυτοματοποιημένη μέθοδος σύνθεσης πυρήνων για το χειριστή δεδομένων. Αυτή η διαδικασία σύνθεσης ενσωματώνεται σε ένα γενικό περιβάλλον σχεδίασης εφαρμογών για το θεωρούμενο σύστημα που έχει σαν στόχο την βελτίωση της απόδοσης και την μείωση κατανάλωση ενέργειας. Στην συνέχεια, παρουσιάζεται ένα περιβάλλον λογισμικού που υλοποιεί μια φορμαλισμένη μεθοδολογία για τον διαχωρισμό εφαρμογών Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήματος μεταξύ επαναπροσδιοριζόμενων τμημάτων μικτής υφής για πρώτη φορά στην βιβλιογραφία. Κρίσιμα τμήματα επιταχύνονται στο επαναπροσδιοριζόμενο υλικό χονδροειδούς υφής για να ικανοποιηθούν οι χρονικοί περιορισμοί του κώδικα της εφαρμογής που απεικονίζεται στην επαναπροσδιοριζόμενη λογική του συστήματος. Η επαναπροσδιοριζόμενη λογική λεπτής υφής υλοποιείται από ένα ενσωματωμένο Field Programmable Gate Array (FPGA), ενώ η επαναπροσδιοριζόμενη λογική χονδροειδούς υφής από ένα δικό μας αναπτυγμένο χειριστή +δεδομένων υψηλής απόδοσης. Η αποτελεσματικότητα του πρωτότυπου λογισμικού επιβεβαιώνεται χρησιμοποιώντας ρεαλιστικές εφαρμογές. Αναλυτικά πειράματα δείχνουν σημαντικές βελτιώσεις στην απόδοση, ενώ καθορισμένοι χρονικοί περιορισμοί ικανοποιούνται για όλες τις δοκιμασμένες εφαρμογές. Παρουσιάζεται η ενσωμάτωση ενός προτεινόμενου ευέλικτου προτύπου Επαναπροσδιοριζόμενης Αρχιτεκτονικής Πίνακα (ΕΑΠ) χονδροειδούς υφής σε δύο διαφορετικά συστήματα σε ολοκληρωμένα κυκλώματα. Για την αποτελεσματική εκτέλεση υπολογιστικά απαιτητικών τμημάτων στην ΕΑΠ αναπτύχθηκε μια πρωτότυπη αυτοματοποιημένη διαδικασία απεικόνισης, που βασίζεται σε έναν νέο αλγόριθμο διοχέτευσης βρόχου. Η αποτελεσματικότητα της ΕΑΠ και της αντίστοιχης διαδικασίας απεικόνισης διαπιστώνονται με εκτέλεση ρεαλιστικών εφαρμογών. Στο πρώτο σύστημα η ΕΑΠ μαζί με ένα FPGA σχηματίζουν την επαναπροσδιοριζόμενη λογική μιας υβριδικής πλατφόρμας. Στο δεύτερο σύστημα σε ολοκληρωμένο κύκλωμα, η ΕΑΠ συνδέεται άμεσα με έναν μικροεπεξεργαστή γενικού σκοπού ενεργώντας σαν συνεπεξεργαστής για την εκτέλεση κρίσιμων βρόχων. Πρωτότυπα αυτοματοποιημένα περιβάλλοντα σχεδίασης προτείνονται για την αποτελεσματική και εύκολη υλοποίηση ολόκληρων εφαρμογών στα συστήματα. Τέλος, προτείνεται μια πρωτότυπη μεθοδολογία διαχωρισμού υλικού/λογισμικού για την βελτίωση της απόδοσης ρεαλιστικών εφαρμογών σε ένα ενσωματωμένο σύστημα σε ολοκληρωμένο κύκλωμα που αποτελείται από έναν προγραμματιζόμενο μικροεπεξεργαστή και FPGA επαναπροσδιοριζόμενη λογική. Η μεθοδολογία έχει αυτοματοποιηθεί σε μεγάλο βαθμό με την χρήση ακαδημαϊκών και εμπορικών εργαλείων. Το FPGA ενεργεί σαν επιταχυντής κρίσιμων τμημάτων κώδικα βελτιώνοντας την απόδοση των εφαρμογών κοντά σε θεωρητικά μέγιστα όρια επιταχύνσεων. Αναλυτικά πειράματα με διαφορετικού τύπου μικροεπεξεργαστές και FPGA δείχνουν την αποτελεσματικότητα της μεθοδολογίας. / In this Ph.D. dissertation, design methodologies for embedded platforms with the aim of improving the performance of realistic applications executed on them are proposed. The considered system platforms target on arithmetic intensive applications, as in the case of Digital Signal Processing and multimedia applications. The applications are coded in a high-level language, fact that eases the implementation of applications in the considered processing platforms. The methodologies have been automated, with the usage of prototype and commercial tools, for the efficient and rapid evaluation of the design and mapping solutions. Initially, a method is proposed for the effective implementation of Digital Signal Processing applications on a microprocessor system that includes as an accelerator of critical application parts a flexible data-path. The effectiveness of the proposed data-path relative to existing ones is illustrated for a set of characteristic arithmetic intensive kernels. An automated synthesis methodology for kernels is presented. This synthesis method is incorporated on a design flow for the considered system that aims in improving application performance and reducing energy consumption. Afterwards, a software framework that implements a formalized methodology for partitioning Digital Signal Processing and multimedia applications between mixed granularity reconfigurable hardware parts is presented. Critical application parts are accelerated on the coarse-grained reconfigurable hardware for satisfying timing constraints of application code mapped on the reconfigurable logic of the platform. The fine-grained reconfigurable hardware is implemented by an embedded Field Programmable Gate Array (FPGA), whereas the coarse-grained reconfigurable logic by an our-developed high-performance reconfigurable data-path. The efficiency of the prototype software is justified using realistic applications. Analytical experiments illustrate that important performance improvements are achieved, while the targeted timing constraints are satisfied for all the tested applications. The incorporation of a proposed flexible template of a Coarse Grained Reconfigurable Array (CGRA) in two different system on chip is presented. For the efficient execution of computational intensive parts on the CGRA an automated mapping process, that it is based on a software loop pipelining algorithm, is developed. The efficiency of the CGRA and of its respective mapping procedure are realized with the execution of real-life applications. In the first system, the CGRA together with an FPGA form the reconfigurable logic of a hybrid platform. In the second system on chip, the CGRA is directly attached to a general purposed microprocessor acting as a co-processor for the execution of critical loops. Automated design frameworks are proposed for the efficient and straightforward implementation of complete applications on the systems. Finally, a hardware/software partitioning methodology is proposed for the performance improvements of realistic applications in an embedded system on chip that it is composed by a programmable microprocessor and an FPGA reconfigurable hardware. The methodology has been automated in a large extend with the usage of academic and commercial tools. The FPGA acts as an accelerator for critical code segments improving by this way the performance of applications close to maximum theoretical bounds. Extensive experiments with different types of microprocessors and FPGAs show the effectiveness of the methodology.

The work presented in this thesis aims at validating an original multicriteria performances estimation tool, NESSIE, dedicated to the prediction of performances to accelerate the design of electronic embedded systems. <p><p>This tool has been developed in a previous thesis to cope with the limitations of existing design tools and offers a new solution to face the growing complexity of the current applications and electronic platforms and the multiple constraints they are subjected to. <p><p>More precisely, the goal of the tool is to propose a flexible framework targeting embedded systems in a generic way and enable a fast exploration of the design space based on the estimation of user-defined criteria and a joint hierarchical representation of the application and the platform.<p><p>In this context, the purpose of the thesis is to put the original framework NESSIE to the test to analyze if it is indeed useful and able to solve current design problems. Hence, the dissertation presents :<p><p>- A study of the State-of-the-Art related to the existing design tools. I propose a classification of these tools and compare them based on typical criteria. This substantial survey completes the State-of-the-Art done in the previous work. This study shows that the NESSIE framework offers solutions to the limitations of these tools.<p>- The framework of our original mapping tool and its calculation engine. Through this presentation, I highlight the main ingredients of the tool and explain the implemented methodology.<p>- Two external case studies that have been chosen to validate NESSIE and that are the core of the thesis. These case studies propose two different design problems (a reconfigurable processor, ADRES, applied to a matrix multiplication kernel and a 3D stacking MPSoC problem applied to a video decoder) and show the ability of our tool to target different applications and platforms. <p><p>The validation is performed based on the comparison of a multi-criteria estimation of the performances for a significant amount of solutions, between NESSIE and the external design flow. In particular, I discuss the prediction capability of NESSIE and the accuracy of the estimation. <p><p>-The study is completed, for each case study, by a quantification of the modeling time and the design time in both flows, in order to analyze the gain achieved by our tool used upstream from the classical tool chain compared to the existing design flow alone. <p><p><p>The results showed that NESSIE is able to predict with a high degree of accuracy the solutions that are the best candidates for the design in the lower design flows. Moreover, in both case studies, modeled respectively at a low and higher abstraction level, I obtained a significant gain in the design time. <p><p>However, I also identified limitations that impact the modeling time and could prevent an efficient use of the tool for more complex problems. <p><p>To cope with these issues, I end up by proposing several improvements of the framework and give perspectives to further develop the tool. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les applications de calcul haute-performance (HPC) nécessitent des capacités de calcul conséquentes, qui sont généralement atteintes à l'aide de fermes de serveurs au détriment de la consommation énergétique d'une telle solution. L'accélération d'applications sur des plateformes hétérogènes, comme par exemple des FPGA ou des GPU, permet de réduire la consommation énergétique et correspond donc à un compromis architectural plus séduisant. Elle s'accompagne cependant d'un changement de paradigme de programmation et les plateformes hétérogènes sont plus complexes à prendre en main pour des experts logiciels. C'est particulièrement le cas des développeurs de produits financiers en finance quantitative. De plus, les applications financières évoluent continuellement pour s'adapter aux demandes législatives et concurrentielles du domaine, ce qui renforce les contraintes de programmabilité de solutions d'accélérations. Dans ce contexte, l'utilisation de flots haut-niveaux tels que la synthèse haut-niveau (HLS) pour programmer des accélérateurs FPGA n'est pas suffisante. Une approche spécifique au domaine peut fournir une réponse à la demande en performance, sans que la programmabilité d'applications accélérées ne soit compromise.Nous proposons dans cette thèse une approche de conception haut-niveau reposant sur le standard de programmation hétérogène OpenCL. Cette approche repose notamment sur la nouvelle implémentation d'OpenCL pour FPGA introduite récemment par Altera. Quatre contributions principales sont apportées : (1) une étude initiale d'intégration de c'urs de calculs matériels à une librairie logicielle de calcul financier (QuantLib), (2) une exploration d'architectures et de leur performances respectives, ainsi que la conception d'une architecture dédiée pour l'évaluation d'option américaine et l'évaluation de volatilité implicite à partir d'un flot haut-niveau de conception, (3) la caractérisation détaillée d'une plateforme Altera OpenCL, des opérateurs élémentaires, des surcouches de contrôle et des liens de communication qui la compose, (4) une proposition d'un flot de compilation spécifique au domaine financier, reposant sur cette dernière caractérisation, ainsi que sur une description des applications financières considérées, à savoir l'évaluation d'options. / The need for resources in High Performance Computing (HPC) is generally met by scaling up server farms, to the detriment of the energy consumption of such a solution. Accelerating HPC application on heterogeneous platforms, such as FPGAs or GPUs, offers a better architectural compromise as they can reduce the energy consumption of a deployed system. Therefore, a change of programming paradigm is needed to support this heterogeneous acceleration, which trickles down to an increased level of programming complexity tackled by software experts. This is most notably the case for developers in quantitative finance. Applications in this field are constantly evolving and increasing in complexity to stay competitive and comply with legislative changes. This puts even more pressure on the programmability of acceleration solutions. In this context, the use of high-level development and design flows, such as High-Level Synthesis (HLS) for programming FPGAs, is not enough. A domain-specific approach can help to reach performance requirements, without impairing the programmability of accelerated applications.We propose in this thesis a high-level design approach that relies on OpenCL, as a heterogeneous programming standard. More precisely, a recent implementation of OpenCL for Altera FPGA is used. In this context, four main contributions are proposed in this thesis: (1) an initial study of the integration of hardware computing cores to a software library for quantitative finance (QuantLib), (2) an exploration of different architectures and their respective performances, as well as the design of a dedicated architecture for the pricing of American options and their implied volatility, based on a high-level design flow, (3) a detailed characterization of an Altera OpenCL platform, from elemental operators, memory accesses, control overlays, and up to the communication links it is made of, (4) a proposed compilation flow that is specific to the quantitative finance domain, and relying on the aforementioned characterization and on the description of the considered financial applications (option pricing).

Pharmaceutical detailing is moving to online environments because they are believed to save money, time, and be more convenient. Recently there has also been an increase in e-detailing due to the circumstances around COVID-19 pandemic. In the available literature, the transition to e-detailing is mostly evaluated through efficiency markers, with less focus on broader social implications and the interactions between people involved. To fill this gap and promote development of human-centred e-detailing technologies, this paper explores detailing interactions and related concerns which can guide the development of relevant detailing technologies. The field research and participatory Magic Machine workshops helped reveal and shape concerns which have implications for the future of e-detailing. High-level recommendations were derived to inspire further research and development of lasting, user-centred solutions. Design fiction artifacts were created to convey the research findings as boundary objects between pharmaceutical industry and academia. / Läkemedelskonsulenter flyttar sin verksamhet alltmer till en digital miljö då det anses spara pengar, tid och ska vara mer bekvämt. Covid-19 pandemin har också bidragit till en ökning av användandet av digitala verktyg för läkemedelskonsulenter. Tillgängliga vetenskapliga artiklar inom ämnet som utvärderar digitaliseringen för läkemedelskonsulenter gör det framför allt genom att mäta hur effektivt det är, och inte så mycket på de sociala följderna samt hur det inverkar på interaktionen mellan de inblandade parterna. För att fylla denna kunskapslucka och för att främja en människocentrerad digitalisering för läkemedelskonsulenter utforskar denna masteruppsats interaktionerna och dess relaterade följder, vilket kan användas som vägledning i utveckling av relevanta teknologier för läkemedelskonsulenter. Fältarbete, och en workshop som använde metoden Magic Machine, hjälpte till att ta fram och klargöra de problem som kan ha en viktig inverkan på framtida digitalt läkemedelskonsulterande. Design rekommendationer togs fram för att inspirera kommande forskning och utveckling av hållbara, användarcentrerade lösningar. Den skapade spekulativa designen visar upp forskningsresultat och på ett sätt som kan vara till användning av läkemedelsindustrin och universiteten.