Real-Time Simulation of Modelica-based Models

This paper shows the various steps a simulation tool has to perform to create a real-time-capable model from a Modelica model. Reduction techniques are of-ten necessary for complex models to meet the real-time requirements. For non-linear models with dis-continuities no automatic methods of model reduction are known. The analysis methods supporting develop-ers in identifying critical model parts are explained by means of an illustrating example model

Nutzerverhalten beim kollaborativen Arbeiten an zwei Großdisplays

Interaktive Displays sind in Unternehmen und der Forschung in verschiedenen Anwendungsbereichen gegenwärtig. Diese Arbeit geht auf die aktuelle Forschung ein und stellt eine mögliche Klassifikation von Verhaltensweisen bei der kollaborativen Arbeit an interaktiven Displays vor. Interaktive Displays lassen sich zu Multi-Display-Umgebungen kombinieren, die beispielsweise zur Durchführung von Analyse- und Organisationsszenarien in größeren Teams genutzt werden können. In der Forschung fehlen derzeit Kenntnisse zu Verhaltensweisen beim Arbeiten an zwei vertikalen Großdisplays. Daher ist ein Schwerpunkt dieser Arbeit die Durchführung einer Beobachtungsstudie, die das Nutzerverhalten beim Arbeiten an einer Displaywand und einem Microsoft Surface Hub untersucht. Die Studie ergab, dass dieses Setup die Kommunikation und Zusammenarbeit zwischen Nutzern in Kleingruppen unterstützt. Zudem konnte beobachtet werden, dass sich zwei Displays zur Aufgabenteilung sowie parallelen Arbeit eignen und die Teams dazu Teilgruppen bilden

Organic light-emitting diodes with doped charge transport layers

Organische Farbstoffe mit einem konjugierten pi-Elektronen System zeigen überwiegend ein halbleitendes Verhalten. Daher sind sie potentielle Materialien für elektronische und optoelektronische Anwendungen. Erste Anwendungen in Flachbildschirmen sind bereits in (noch) geringen Mengen auf dem Markt. Die kontrollierte Dotierung anorganischer Halbleiter bereitete die Basis für den Durchbruch der bekannten Halbleitertechnologie. Die Kontrolle des Leitungstypes und der Lage des Fermi-Niveaus erlaubte es, stabile pn-Übergänge herzustellen. LEDs können daher mit Betriebsspannungen nahe dem thermodynamischen Limit betrieben werden (ca. 2.5V für eine Emission im grünen Spektralbereich). Im Gegensatz dazu bestehen organische Leuchtdioden (OLEDs) typischerweise aus einer Folge intrinsischer Schichten. Diese weisen eine ineffiziente Injektion aus Kontakten und eine relative geringe Leitfähigkeit auf, welche mit hohen ohmschen Verlusten verbunden ist. Andererseits besitzen organische Materialien einige technologische Vorteile, wie geringe Herstellungskosten, große Vielfalt der chemischen Verbindungen und die Möglichkeit sie auf flexible große Substrate aufzubringen. Sie unterscheiden sich ebenso in einigen fundamentalen physikalischen Parametern wie Brechungsindex, Dielektrizitätskonstante, Absorptionskoeffizient und Stokes-Verschiebung der Emissionswellenlänge gegenüber der Absorption. Das Konzept der Dotierung wurde für organische Halbleiter bisher kaum untersucht und angewandt. Unser Ziel ist die Erniedrigung der Betriebsspannung herkömmlicher OLEDs durch den Einsatz der gezielten Dotierung der Transportschichten mit organischen Molekülen. Um die verbesserte Injektion aus der Anode in die dotierte Löchertransportschicht zu verstehen, wurden UPS/XPS Messungen durchgeführt (ultraviolette und Röntgen-Photoelektronenspektroskopie). Messungen wurden an mit F4-TCNQ dotiertem Zink-Phthalocyanin auf ITO und Gold-Kontakten durchgeführt. Die Schlussfolgerungen aus den Experimenten ist, das (i) die Fermi-Energie sich durch Dotierung dem Transportniveau (also dem HOMO im Falle der vorliegenden p-Dotierung) annähert, (ii) die Diffusionspannung an der Grenzfläche durch Dotierung entsprechend verändert wird, und (iii) die Verarmungszone am Kontakt zum ITO sehr dünn wird. Der Kontakt aus organischem Material und leitfähigem Substrat verhält sich also ganz analog zum Fall der Dotierung anorganischer Halbleiter. Es entsteht ein stark dotierter Schottky-Kontakt dessen schmale Verarmungszone leicht durchtunnelt werden kann (quasi-ohmscher Kontakt). Die Leistungseffizienz von OLEDs mit dotierten Transportschichten konnte sukzessive erhöht werden, vom einfachen 2-Schicht Design mit dotiertem Phthalocyanine als Löchertransportschicht, über einen 3-Schicht-Aufbau mit einer Elektronen-Blockschicht bis zu OLEDs mit dotierten 'wide-gap' Löchertransport-Materialien, mit und ohne zusätzlicher Schicht zur Verbesserung der Elektroneninjektion. Sehr effiziente OLEDs mit immer noch niedriger Betriebsspannung wurden durch die Dotierung der Emissionsschicht mit Molekülen erhöhter Photolumineszenzquantenausbeute (Laser-Farbstoffe) erreicht. Eine optimierte LED-Struktur weist eine Betriebsspannung von 3.2-3.2V für eine Lichtemission von 100cd/m2 auf. Diese Resultate entsprechen den zur Zeit niedrigsten Betriebsspannungen für OLEDs mit ausschließlich im Vakuum aufgedampften Schichten. Die Stromeffizienz liegt bei ca. 10cd/A, was einer Leistungseffizienz bei 100cd/m2 von 10lm/W entspricht. Diese hohe Leistungseffizienz war nur möglich durch die Verwendung einer Blockschicht zwischen der dotierten Transportschicht und der Lichtemissions-Schicht. Im Rahmen der Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Dotierung die Betriebsspannungen von OLEDs senken kann und damit die Leistungseffizienz erhöht wird. Zusammen mit einer sehr dünnen Blockschicht konnte einen niedrige Betriebsspannung bei gleichzeitig hoher Effizienz erreicht werden (Blockschicht-Konzept).Organic dyes with a conjugated pi-electron system usually exhibit semiconducting behavior. Hence, they are potential materials for electronic and optoelectronic devices. Nowadays, some applications are already commercial on small scales. Controlled doping of inorganic semiconductors was the key step for today's inorganic semiconductor technology. The control of the conduction type and Fermi-level is crucial for the realization of stable pn-junctions. This allows for optimized light emitting diode (LED) structures with operating voltages close to the optical limit (around 2.5V for a green emitting LED). Despite that, organic light emitting diodes (OLEDs) generally consist of a series of intrinsic layers based on organic molecules. These intrinsic organic charge transport layers suffer from non-ideal injection and noticeable ohmic losses. However, organic materials feature some technological advantages for device applications like low cost, an almost unlimited variety of materials, and possible preparation on large and flexible substrates. They also differ in some basic physical parameters, like the index of refraction in the visible wavelength region, the absorption coefficient and the Stokes-shift of the emission wavelength. Doping of organic semiconductors has only been scarcely addressed. Our aim is the lowering of the operating voltages of OLEDs by the use of doped organic charge transport layers. The present work is focused mainly on the p-type doping of weakly donor-type molecules with strong acceptor molecules by co-evaporation of the two types of molecules in a vacuum system. In order to understand the improved hole injection from a contact material into a p-type doped organic layer, ultraviolet photoelectron spectroscopy combined with X-ray photoelectron spectroscopy (UPS/XPS) was carried out. The experimental results of the UPS/XPS measurements on F4-TCNQ doped zinc-phthalocyanine (ZnPc) and their interpretation is given. Measurements were done on the typical transparent anode material for OLEDs, indium-tin-oxide (ITO) and on gold. The conclusion from these experiments is that (i) the Fermi-energy comes closer to the transport energy (the HOMO for p-type doping), (ii) the built-in potential is changed accordingly, and (iii) the depletion layer becomes very thin because of the high space charge density in the doped layer. The junction between a doped organic layer and the conductive substrate behaves rather similar to a heavily doped Schottky junction, known from inorganic semicondcutor physics. This behavior favors charge injection from the contact into the organic semiconductor due to tunneling through a very small Schottky barrier (quasi-ohmic contact). The performance of OLEDs with doped charge transport layers improves successively from a simple two-layer design with doped phthalocyanine as hole transport layer over a three-layer design with an electron blocking layer until OLEDs with doped amorphous wide gap materials, with and without additional electron injection enhancement and electron blocking layers. Based on the experience with the first OLEDs featuring doped hole transport layers, an ideal device concept which is based on realistic material parameters is proposed (blocking layer concept). Very high efficient OLEDs with still low operating voltage have been prepared by using an additional emitter dopant molecule with very high photoluminescence quantum yield in the recombination zone of a conventional OLED. An OLED with an operating voltage of 3.2-3.2V for a brightness of 100cd/m2 could be demonstrated. These results represent the lowest ever reported operating voltage for LEDs consisting of exclusively vacuum sublimed molecular layers. The current efficiency for this device is above 10cd/A, hence, the power efficiency at 100cd/m2 is about 10lm/W. This high power efficiency could be achieved by the use of a blocking layer between the transport and the emission layer

Verbunddübelsysteme unter dauerhafter Lasteinwirkung

Die vorliegende Arbeit ist das Ergebnis eines Forschungsvorhabens zur Bestimmung des Tragverhaltens von Verbunddübelsystemen unter dauerhafter Lasteinwirkung am Institut für Werkstoffe im Bauwesen (IWB) der Universität Stuttgart. Das Forschungsvorhaben gliedert sich in zwei aufeinanderfolgende Teile. Das Ziel des ersten Teils bestand darin, ein Prüfverfahren zu entwickeln und zu validieren, das innerhalb praxistauglicher Prüfzeiten eine sichere Einschätzung der Dauerhaftigkeit von Verbunddübelsystemen unter dauerhafter Lasteinwirkung ermöglichen kann. Zu diesem Zweck wurde ein Verfahren gewählt, das u.a. im Rahmen der Dauerhaftigkeitsuntersuchung von mit Innendruck beaufschlagten Kunststoffrohren nach DIN EN ISO 1167 in Kombination mit DIN EN ISO 9080 Anwendung findet. Diesem Ansatz folgend wurden handelsübliche Verbunddübelsysteme untersucht. Hierzu wurden die Dübel mit unterschiedlich hohen zentrischen Zuglasten belastet, ausgehend von Lastniveaus nahe der jeweiligen Kurzzeitfestigkeit, und die Dübelverschiebungen sowie die Zeitdauern bis zum Versagen aufgezeichnet. Im Anschluss wurde überprüft, ob das so ermittelte Standzeitverhalten mittels eines geeigneten Extrapolationsansatzes bis zur geforderten Lebensdauer der Systeme vorhergesagt, und damit eine Aussage zur Dauerhaftigkeit der Systeme unter dauerhafter Lasteinwirkung getroffen werden kann. Die wichtigste Erkenntnis dieser Untersuchungen ist, dass das Standzeitverhalten sämtlicher untersuchter Dübelsysteme, innerhalb des betrachteten Lastbereichs zwischen 0 kN und der individuellen Kurzzeitfestigkeit, auf mindestens einem Lastniveau unstetig ist. Dies hat zur Folge, dass bei keinem dieser Systeme eine sinnvolle Extrapolation des Standzeitverhaltens durchgeführt werden kann. Zudem müssen sämtliche Systeme bereits ab ca. 50% ihrer Kurzzeitfestigkeit, unter dem Aspekt der Dauerhaftigkeit unter dauerhafter Lasteinwirkung, als versagt gelten. Zur Überprüfung dieses Sachverhaltes wurden im zweiten Teil des Forschungsvorhabens Dauerlastuntersuchungen mit einem epoxidharzbasierten Verbunddübelsystem unter verschiedenen Randbedingungen durchgeführt. Die Ergebnisse bestätigen die Erkenntnisse aus den vorangegangenen Untersuchungen. Sie zeigen zudem auf, dass im Rahmen von Zulassungsprüfungen für die Dauerhaftigkeitsbeurteilung von Verbunddübelsystemen unter dauerhafter Lasteinwirkung künftig zusätzliche Prüfmethoden und Prüfparameter zu berücksichtigen sind.The presented work is the result of a research project, the aim of which was to determine the load-bearing behavior of bonded anchor systems under sustained axial tensile loads at the Institute of Construction Materials (IWB), University of Stuttgart. The research project was divided into two consecutive parts. The aim of the first part was to develop and to validate a test procedure that enables a reliable, direct determination of the durability of bonded anchor systems under sustained loads within practicable test durations. For this purpose, a test method was chosen, whose principle is commonly used for the durability testing of plastic pipes subjected to constant internal pressure (e.g. according to DIN EN ISO 1167 in conjunction with DIN EN ISO 9080). Using this testing approach, commercially available bonded anchor systems were tested in a similar way. The anchors were loaded with different levels of high axial tensile loads, starting with load levels close to the individual short-term strength of the systems. The anchor displacements and times-to-failure were recorded. It was then examined whether an extrapolation method could be successfully used to predict the time-to-failure behavior up to the envisaged service lifetime. The most important finding was that the time-to-failure behavior of all tested bonded anchor systems are discontinuous, at least at one point of the load range between 0 kN and the individual short-term-strength. As a consequence, no meaningful extrapolation up to the intended service lifetime could be performed for any of the tested anchor systems. In addition, already at a maximum of approximately 50 % of the individual short-term strength Nu,m all systems must be considered as failed under the aspect of durability under sustained loads. The aim of the second part of the research project was to examine these issues. The focus was on various influences on the long-term behavior of an epoxy resin-based bonded anchor system under sustained loads. The results of these investigations confirmed the previous findings. They also showed that additional test methods and test parameters must be taken into account in future tests of bonded anchor systems

Constructing Large-Scale Semantic Web Indices for the Six RDF Collation Orders

The Semantic Web community collects masses of valuable and publicly available RDF data in order to drive the success story of the Semantic Web. Efficient processing of these datasets requires their indexing. Semantic Web indices make use of the simple data model of RDF: The basic concept of RDF is the triple, which hence has only 6 different collation orders. On the one hand having 6 collation orders indexed fast merge joins (consuming the sorted input of the indices) can be applied as much as possible during query processing. On the other hand constructing the indices for 6 different collation orders is very time-consuming for large-scale datasets. Hence the focus of this paper is the efficient Semantic Web index construction for large-scale datasets on today's multi-core computers. We complete our discussion with a comprehensive performance evaluation, where our approach efficiently constructs the indices of over 1 billion triples of real world data

PatTrieSort - External String Sorting based on Patricia Tries

External merge sort belongs to the most efficient and widely used algorithms to sort big data: As much data as fits inside is sorted in main memory and afterwards swapped to external storage as so called initial run. After sorting all the data in this way block-wise, the initial runs are merged in a merging phase in order to retrieve the final sorted run containing the completely sorted original data. Patricia tries are one of the most space-efficient ways to store strings especially those with common prefixes. Hence, we propose to use patricia tries for initial run generation in an external merge sort variant, such that initial runs can become large compared to traditional external merge sort using the same main memory size. Furthermore, we store the initial runs as patricia tries instead of lists of sorted strings. As we will show in this paper, patricia tries can be efficiently merged having a superior performance in comparison to merging runs of sorted strings. We complete our discussion with a complexity analysis as well as a comprehensive performance evaluation, where our new approach outperforms traditional external merge sort by a factor of 4 for sorting over 4 billion strings of real world data

Runtime Adaptive Hybrid Query Engine based on FPGAs

This paper presents the fully integrated hardware-accelerated query engine for large-scale datasets in the context of Semantic Web databases. As queries are typically unknown at design time, a static approach is not feasible and not flexible to cover a wide range of queries at system runtime. Therefore, we introduce a runtime reconfigurable accelerator based on a Field Programmable Gate Array (FPGA), which transparently incorporates with the freely available Semantic Web database LUPOSDATE. At system runtime, the proposed approach dynamically generates an optimized hardware accelerator in terms of an FPGA configuration for each individual query and transparently retrieves the query result to be displayed to the user. During hardware-accelerated execution the host supplies triple data to the FPGA and retrieves the results from the FPGA via PCIe interface. The benefits and limitations are evaluated on large-scale synthetic datasets with up to 260 million triples as well as the widely known Billion Triples Challenge

A comparative survey of open-source application-class RISC-V processor implementations

Revision notice: This version does not contain CVA6 SPEC CPU2017 scores. There is an updated version available with additional CVA6 SPEC CPU2017 scores: https://doi.org/10.24355/dbbs.084-202105101615-

A comparative survey of open-source application-class RISC-V processor implementations

The numerous emerging implementations of RISC-V processors and frameworks underline the success of this Instruction Set Architecture (ISA) specification. The free and open source character of many implementations facilitates their adoption in academic and commercial projects. As yet it is not easy to say which implementation fits best for a system with given requirements such as processing performance or power consumption. With varying backgrounds and histories, the developed RISC-V processors are very different from each other. Comparisons are difficult, because results are reported for arbitrary technologies and configuration settings. Scaling factors are used to draw comparisons, but this gives only rough estimates. In order to give more substantiated results, this paper compares the most prominent open-source application-class RISC-V projects by running identical benchmarks on identical platforms with defined configuration settings. The Rocket, BOOM, CVA6, and SHAKTI C-Class implementations are evaluated for processing performance, area and resource utilization, power consumption as well as efficiency. Results are presented for the Xilinx Virtex UltraScale+ family and GlobalFoundries 22FDX ASIC technology

Efficient vacuum deposited p-i-n and n-i-p perovskite solar cells employing doped charge transport layers

Methylammonium lead halide perovskites have emerged as high performance photovoltaic materials. Most of these solar cells are prepared via solution-processing and record efficiencies (>20%) have been obtained employing perovskites with mixed halides and organic cations on (mesoscopic) metal oxides. Here, we demonstrate fully vacuum deposited planar perovskite solar cells by depositing methylammonium lead iodide in between intrinsic and doped organic charge transport molecules. Two configurations, one inverted with respect to the other, p-i-n and n-i-p, are prepared and optimized leading to planar solar cells without hysteresis and very high efficiencies, 16.5% and 20%, respectively. It is the first time that a direct comparison between these two opposite device configurations has been reported. These fully vacuum deposited solar cells, employing doped organic charge transport layers, validate for the first time vacuum based processing as a real alternative for perovskite solar cell preparation