Techniques de routage pseudo-aléatoire pour une application micro-électronique

Résumé La problématique de routage est très actuelle. On en trouve des applications dans les GPS, les prévisions de trafic routier, mais aussi pour le prototypage sur FPGA, la fabrication de puces électroniques ou le trafic TCP/IP sur Internet. On trouve des publications sur le sujet depuis plusieurs dizaines d'années, mais on observe actuellement une recrudescence confirmant l'actualité, l'importance et la complexité de ce problème. Cette thèse concerne le routage et ses ressources pour une application dans un nouveau type de système micro-électronique, nommé le WaferBoardTM . Son noyau consiste en un circuit électronique intégré à l'échelle d'une tranche de silicium (wafer). Peu d'applications commerciales de la micro-électronique ont exploité ce niveau d'intégration. Ce système de prototypage rapide vise à réduire d'un ou deux ordres de grandeur le temps de développement de systèmes électroniques. Il nécessite un ensemble d'outils logiciel de support, dont un outil de routage très rapide, capable de produire des solutions valables en des temps de l'ordre de la minute, et de certaines fonctionnalités spécifiques, l'équilibrage de délai ou le reroutage à la volée, au sein d'une netlist déjà routée. La problématique de routage pour cette application peut être imagée comme suit. Étant donné un réseau routier régulier (les routes d’Amériques du Nord en version cartésienne par exemple) et 100,000 voitures au départ lundi à 8h a.m. dans tout le pays avec des sources et destinations très variées; calculer les chemins pour toutes les voitures de telle sorte qu'aucune ne prenne la même route dans la journée. Il est 7h59 a.m, vous avez 1 minute, et des ponts sont inaccessibles pour travaux, en voici la liste. Cet exemple simpliste donne une idée des ordres de grandeurs de la problématique de routage que l'on cherche à résoudre pour cette application. Un algorithme de routage prend en paramètres deux structures de données : un graphe (ou réseau d'interconnexions) constitué de n\oe{}uds (sommets) et d'arcsUn arc relie deux sommets du graphe, et une netlistDans ce contexte, un netlist réfère à une liste d'interconnexions entre composants, liste de n\oe{}uds électriques dont les points de départ et d'arrivée sont positionnés géographiquement. Ainsi, au lieu de voitures, il s'agit de router des signaux électriques dont les points de départ et d'arrivée sont dictés par la position des broches des composants placés sur le système de prototypage. Un réseau régulier maillé mufti-dimensionnel (plus généralement appelé « réseau d'interconnexions ») sert de réseau routier dont certaines routes sont défectueuses, des ponts inaccessibles. En effet, le réseau d'interconnexions est un circuit électronique intégré à l'échelle d'une tranche de silicium complète, ce qui implique la présence de défectuosités au sein de chaque circuit fabriqué. Contrairement aux circuits électroniques classiques, où chacun est testé et les défectueux écartés, une intégration à l'échelle de la tranche demande de fortes redondances au sein du circuit pour minimiser le taux de rejets. Pour l'application du WaferBoard, un certain nombre d'éléments du réseau d'interconnexions seront fort probablement défectueux sur chaque circuit produit; l'algorithme de routage se doit de prendre en compte ces éléments très particuliers. Cette contrainte ne se retrouve pas dans les applications plus classiques des routeurs que l'on retrouve dans les PCB, circuits FPGA ou circuits VLSI. D'autres contraintes s'appliquent à ce projet particulier : la latence induite par la technologie est environ un ordre de grandeur plus importante que celle dans les circuits sur PCB, ce qui impose un routage orienté vers sa réduction.----------Abstract The routing problem is very actual. Applications are found in GPS, road traffic forecast, but also for prototyping on FPGA, or TCP/IP traffic on the Internet. Publications on the subject have existed for several decades, but new publications keep appearing, confirming the importance and complexity of the problem. This thesis deals with routing and the resources it requires for a new category of micro-electronic applications, called the WaferBoard. It is an electronic circuit integrated at the wafer scale. Few commercial applications of micro-electronics have exploited this level of integration. This rapid prototyping system aims at reducing by one or two orders of magnitude the development time of digital circuits. It requires a very fast routing tool, capable of producing viable solutions in a few minutes, with dedicated functionality such as balancing delays and rerouting on the fly parts of a netlist. The routing problem for this application can be pictured as follows. Given a regular road network of the size of north america, if 100.000 cars were to start Monday 8 a.m. across the continent with a wide variety of sources and destinations; the challenge is to compute paths for all cars so none of them take the same route that day. It is 7:59 am, you have 1 minute, and some bridges are under road work: here is the list. This simplistic example gives an idea of the orders of magnitude of the problem that need to be solved for this application. A routing algorithm takes as input: a graph (or interconnection network) made of nodes and edges, and a netlst, a list of electrical nodes with starting and ending points physically placed. Therefore, instead of cars, the problem consists of routing electrical signals with points of departure and arrival dictated by the pin position of components placed on the prototyping system. A regular, multi-dimensional mesh (also called "interconnection network") serves as a road network, which contains defective roads and inaccessible bridges. Indeed, the interconnection network is an electronic circuit integrated across a full wafer, implying the presence of defects within each manufactured circuit. Unlike conventional electronic circuits, where each is tested and defective ones are set apart, wafer scale integrated applications require lots of redundancy in the circuit to minimize the rejection rate. In the WaferBoard, a number of elements of the interconnection network will be defective in each circuit; the routing algorithm must take into account these very specific elements. This constraint is not found in the classic applications of routers found in PCB, FPGA or VLSI circuits. Other restrictions apply to this particular project: the latency induced by the technology is about one order of magnitude greater than that in the circuits of PCBs, which requires a routing oriented towards computation time reduction. This constraint partly explains the network architecture used. Within the WaferIC, the shortest distance is not necessarily the one that offers the smallest latency. This property of the network complexifies the routing problem. Balancing delays within a group of arbitrary size nets is a necessary feature of the routing algorithm, and the difficulty is amplified by the computation time limit. Indeed, the interest of the application is to reduce the time for a user to test a circuit: the time of setup is extremely short, and estimated at a few minutes only

Méthodes d’apprentissage et approches expérimentales appliqués aux réseaux d’interfaces protéiques

The aim of this study is to understand protein assembly mechanisms. The assembly of a protein in an oligomer is particularly important because it is involved in many pathologies going from bacterial infection, Alzheimer like diseases or even some cancers. Protein assembly is the combination of two or more protein chains to induce a biological activity. The B subunit of the cholera toxin pentamer (CtxB5), which belongs to the family of AB5 toxins, is studied as the main model of assembly. Experimental results have provided information on the assembly of the toxin highlighting the involvement of certain amino acids. The first problem addressed in my thesis is to understand their role and see if network approaches are relevant to such investigation. I was able to show using amino acid mutations, that amino acids influence each other by cascade or "peer to peer" mechanisms in order to coordinate the various steps of the assembly (Chapters 4, 5 and 6). The structure and function of the proteins are defined by amino acid sequences which naturally vary due to genetic mutation. So I decided to expand this field of investigation to see if the cascade mechanism was generalized as a mean of disrupting a protein structure. Here it is to understand how a protein loses its function by way of a significant change of structure upon mutation. First, I studied dataset to know the characteristics of healthy protein networks (Chapter 7, 8 and 9), and after I looked at the effects of the systematic mutation of each amino acid of CtxB5 on its overall structure (Chapter 10 and 11). Mutations led from moderate to very large structural changes around the mutated amino acid or at long distances. These results are consistent with known effects of mutation: robustness (maintenance function), evolution or adaptation (emergence of a new feature) and fragility (pathologies). The results also show a weak correlation between the number of amino acid contacts of the mutated amino acid and the amount of structural change induced by its mutation. It is therefore not easy to anticipate the effect of a mutation: The last chapter of my thesis addresses this problem (Chapter 12).Cette étude s’inscrit dans le cadre d’un problème biologique et son objectif est de comprendre les mécanismes d’assemblage des protéines. L’assemblage d’une protéine en oligomère est particulièrement important car il est impliqué dans de nombreuses pathologies allant de l’infection bactérienne aux maladies de type Alzheimer ou même des cancers. L’assemblage protéique est un mécanisme de combinaison de deux ou plusieurs chaînes protéiques, il est aussi par ailleurs souvent utilisé par les organismes vivants pour déclencher une activité biologique. La sous unité B de la toxine du choléra(CtxB5), qui appartient à la famille des toxines AB5, est étudiée comme modèle principal de l’assemblage. Des résultats expérimentaux ont fourni des informations sur l’assemblage de la toxine mettant en avant l’implication de certains acides aminés. La première question que j’ai abordée pendant ma thèse était de comprendre leur rôle et de voir si les approches réseaux étaient pertinentes pour y répondre. J’ai pu montrer en utilisant des mutations d’acides aminés que ces derniers s’influençaient entre eux suivant des mécanismes en cascade ou de « Peer to Peer » afin de coordonner les étapes de l’assemblage (les chapitres 4, 5 et 6). La structure et la fonction des protéines sont définies par des séquences d’acides aminés qui varient naturellement en raison de mutation génétique. J’ai donc décidé d’élargir ce champ d’investigation pour voir si le mécanisme en cascade était généralisable comme moyen de perturber une structure de protéine par le biais d’une mutation. Ici il s’agit de comprendre les changements de structure liés à des mutations et pouvant menés à des maladies. J’ai tout d’abord étudié des jeux de données pour connaître les caractéristiques réseaux de protéines saines (chapitre 7, 8 et 9), avant de regarder l’effet de la mutation systématique de chacun des acides aminés de CtxB5 sur sa structure globale (chapitre 10 et 11). Les mutations peuvent engendrer des changements de structure modérés ou très grand autour de l’acide aminé muté ou à des distances très éloignées. Ces résultats sont consistants avec tous les effets connus de mutation : robustesse (maintien de la fonction), évolution ou adaptation (émergence d’une nouvelle fonction) et fragilité (pathologies). Les résultats montrent aussi une faible corrélation entre le nombre de contacts d’un acide aminé et la quantité de changement structuraux induit par sa mutation. Il n’est donc pas simple d’anticiper l’effet d’une mutation : Le dernier chapitre de ma thèse aborde ce problème (chapitre 12)

Modélisation locale en imagerie par résonance magnétique de diffusion : de l'acquisition comprimée au connectome

L’imagerie par résonance magnétique pondérée en diffusion est une modalité d’imagerie médicale non invasive qui permet de mesurer les déplacements microscopiques des molécules d’eau dans les tissus biologiques. Il est possible d’utiliser cette information pour inférer la structure du cerveau. Les techniques de modélisation locale de la diffusion permettent de calculer l’orientation et la géométrie des tissus de la matière blanche. Cette thèse s’intéresse à l’optimisation des métaparamètres utilisés par les modèles locaux. Nous dérivons des paramètres optimaux qui améliorent la qualité des métriques de diffusion locale, de la tractographie de la matière blanche et de la connectivité globale. L’échantillonnage de l’espace-q est un des paramètres principaux qui limitent les types de modèle et d’inférence applicable sur des données acquises en clinique. Dans cette thèse, nous développons une technique d’échantillonnage de l’espace-q permettant d’utiliser l’acquisition comprimée pour réduire le temps d’acquisition nécessaire

Network Traffic Measurements, Applications to Internet Services and Security

The Internet has become along the years a pervasive network interconnecting billions of users and is now playing the role of collector for a multitude of tasks, ranging from professional activities to personal interactions. From a technical standpoint, novel architectures, e.g., cloud-based services and content delivery networks, innovative devices, e.g., smartphones and connected wearables, and security threats, e.g., DDoS attacks, are posing new challenges in understanding network dynamics. In such complex scenario, network measurements play a central role to guide traffic management, improve network design, and evaluate application requirements. In addition, increasing importance is devoted to the quality of experience provided to final users, which requires thorough investigations on both the transport network and the design of Internet services. In this thesis, we stress the importance of users’ centrality by focusing on the traffic they exchange with the network. To do so, we design methodologies complementing passive and active measurements, as well as post-processing techniques belonging to the machine learning and statistics domains. Traffic exchanged by Internet users can be classified in three macro-groups: (i) Outbound, produced by users’ devices and pushed to the network; (ii) unsolicited, part of malicious attacks threatening users’ security; and (iii) inbound, directed to users’ devices and retrieved from remote servers. For each of the above categories, we address specific research topics consisting in the benchmarking of personal cloud storage services, the automatic identification of Internet threats, and the assessment of quality of experience in the Web domain, respectively. Results comprise several contributions in the scope of each research topic. In short, they shed light on (i) the interplay among design choices of cloud storage services, which severely impact the performance provided to end users; (ii) the feasibility of designing a general purpose classifier to detect malicious attacks, without chasing threat specificities; and (iii) the relevance of appropriate means to evaluate the perceived quality of Web pages delivery, strengthening the need of users’ feedbacks for a factual assessment

Conférence Nationale d'Intelligence Artificielle Année 2020

National audienc

L'AIS : une donnée pour l'analyse des activités en mer

4 pages, session "Mer et littoral"International audienceCette contribution présente des éléments méthodologiques pour la description des activités humaines en mer dans une perspective d'aide à la gestion. Différentes procédures, combinant l'exploitation de bases de données spatio-temporelles issue de données AIS archivées à des analyses spatiales au sein d'un SIG, sont testées afin de caractériser le transport maritime en Mer d'Iroise (Bretagne, France) sur les plans spatiaux, temporels et quantitatifs au cours d'une année

Fouille de données de santé

Dans le domaine de la santé, les techniques d’analyse de données sont de plus en plus populaires et se révèlent même indispensables pour gérer les gros volumes de données produits pour un patient et par le patient. Deux thématiques seront abordées dans cette présentation d'HDR.La première porte sur la définition, la formalisation, l’implémentation et la validation de méthodes d’analyse permettant de décrire le contenu de bases de données médicales. Je me suis particulièrement intéressée aux données séquentielles. J’ai fait évoluer la classique notion de motif séquentiel pour y intégrer des composantes contextuelles, spatiales et sur l’ordre partiel des éléments composant les motifs. Ces nouvelles informations enrichissent la sémantique initiale de ces motifs.La seconde thématique se focalise sur l’analyse des productions et des interactions des patients au travers des médias sociaux. J’ai principalement travaillé sur des méthodes permettant d’analyser les productions narratives des patients selon leurs temporalités, leurs thématiques, les sentiments associés ou encore le rôle et la réputation du locuteur s’étant exprimé dans les messages

Une nouvelle approche d'aide à la conception par ordinateur en architecture basée sur la modélisation d'opérateurs sémantiques et la création de maquettes procédurales

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal

Simulation de mouvement humain sur postes de travail pour le diagnostic et l'aide à la conception

Les travaux présentés dans ce mémoire concernent la génération automatique de postures et mouvements humains sur poste de travail industriel. L'objectif poursuivi est d'animer de façon réaliste un mannequin numérique afin de simuler un opérateur dans l'exécution de sa tâche. Cette animation doit permettre d'aider à l'analyse des facteurs biomécaniques pouvant engendrer des Troubles Musculo-Squelettiques. Dans un premier temps, des choix de modélisation sont proposés en fonction de ce contexte spécifique. Le modèle retenu se base sur une représentation squelettique du haut du corps composé de corps rigides et de liaisons idéales et intègre des données anthropométriques. Ensuite, un schéma général de lois de commande à base de modèle cinématique est développé. Il est décliné en plusieurs stratégies qui sont testées sur des mouvements caractéristiques et sur poste de travail. Ces tests et la comparaison aux mesures effectuées sur sujet humain permettent d'évaluer les performances du schéma de commande et les choix réalisés. Ces travaux ont donné naissance à un outil logiciel, baptisé OLARGE-TMS, de simulation de mouvement humain sur poste de travail. ABSTRACT : The works presented in this memory concern the automatic generation of postures and human movements on industrial workstation. The aim is to animate in a realistic way a numerical mannequin in order to simulate an operator in the execution of his task. This animation must make it possible to contribute to the analysis of the biomechanical factors which can engender musculo-skeletal disorders. At first, choices of modelling are proposed according to this specific context. The model selected is based on a skeletal representation of the top of the body made up of rigid bodies and ideal connections, and integrates anthropometric data. Then, a general plan of laws of order based on kinematic model is developed. It is declined in several strategies which are tested on characteristic movements and workstation. These tests and the comparison with the measurements taken on human subject make it possible to evaluate the performances of the plan of order and the choices carried out. This work gave rise to a software tool, baptized OLARGE-TMS, for simulation of human movement on workstatio

Vers l’élaboration d’un système d’organisation des connaissances en allergologie : l’analyse des documents et des pratiques informationnelles des acteurs

The aim of the present thesis, funded by the Occitanie Region (2019-2023), is to construct a knowledge organization system (KOS) for the Allergy Unit of the Montpellier University Hospital (France), to represent and organize the complexity of allergy knowledge. Currently, there is no KOS that might be used by allergy professionals and researchers for their information processing and seeking activities. Allergy knowledge, produced by different actors, is abundant and heterogeneous, and keeps developing in parallel with the massification of health data. To allow and provide access to this knowledge, it is crucial to identify and characterize it, first by focusing on what might be useful for professionals’ daily activities and then by structuring it in a system of organization and documentary representation possibly linking the different ways of representing knowledge by different actors in this domain. Therefore, we propose a KOS in allergy, reached through a contextualized approach that relies, on one hand, on the analysis of the context of use of specialized knowledge, by the study of the informational practices of professionals who seek, produce, and mobilize knowledge in the domain; and on the other hand, on the analysis of a corpus of documents that professionals use in their daily activities. Through our work, we perform an epistemological reflection within the Information & Communication Sciences, by showing how the analysis of informational practices contributes to the construction of a KOS for a medical domain. Moreover, we try to answer a methodological question, linked with the development of a KOS in allergy, and evaluate if our conception method, oriented by a contextualized approach, allows to propose a useful KOS for the practices of the actors in this domain