Intégration dans un flot de conception système d'un outil de traduction assistée de code C pour la création de coprocesseurs matériels

RÉSUMÉ Depuis les débuts de la conception de systèmes électroniques, un des buts de la recherche est de fournir des outils et méthodes de travail de plus en plus puissants et rapides. Ceci est illustré très explicitement dans le fossé qui sépare la croissance du nombre de transistors par puce de la croissance du nombre de transistors intégrés par ingénieur par mois. Au cours des années se sont alors développées des méthodes permettant à un concepteur d’abstraire de plus en plus son travail afin de faciliter l’intégration et la distribution de composantes matérielles. À ces abstractions de description viennent s’ajouter des outils automatisant certaines parties du travail d’un concepteur. C’est par exemple le cas de la synthèse haut-niveau, qui permet de synthétiser des algorithmes de manière guidée. Enfin, de nombreux flots de travail ont aussi vu le jour afin de fournir une méthodologie dans la conception de systèmes électroniques. Le flot que nous retiendrons est le flot niveau système électronique (ESL) qui décrit une méthode de développement incrémentale partant d’une description la plus abstraite possible. Les abstractions sont itérativement relâchées pour finalement arriver à une description matérielle. Toutefois, il n’existe pas d’outil complet intégrant toutes les étapes du flot ESL. Nous proposons donc un outil de traduction assistée de code C afin de compléter un flot de conception ESL dans le cadre de la création de coprocesseurs matériels. L’outil proposé, C2Space, permet la transition d’un code C séquentiel vers un code organisé en modules SpaceStudio de manière rapide et configurable. Cet outil de traduction, basé sur le transpilateur Clang, procède à l’analyse statique du code pour effectuer les choix de traduction appropriés. C2Space permet l’intégration en amont du flot d’une solution d’analyse dynamique de code C, appelée Pareon Profile. Pareon permet une première analyse du code séquentiel afin de repérer rapidement les portions du code susceptibles de profiter d’un passage sur coprocesseur (de par leur potentiel de parallélisme et leur poids dans l’exécution séquentielle). Une fois la traduction effectuée, le reste du flot est supporté par l’environnement de codéveloppement SpaceStudio, qui permet alors de procéder à l’exploration architecturale du code traduit. Il est alors possible de tester différents schémas d’allocation des modules aux ressources matérielles (processeurs, coprocesseurs). Les modules alloués en matériel sont alors synthétisés à l’aide d’un logiciel de synthèse haut-niveau. Le système complet peut ensuite être exporté vers une des plateformes matérielles supportées (par exemple, pour FPGA Xilinx). Nous avons confronté ce flot à un algorithme de détection de contours (filtre de Canny) afin d’en tester l’efficacité. Les résultats montrent que l’approche proposée permet un raffinement rapide de l’algorithme, de sa définition logique jusqu’à son implémentation. Nous n’avons pu accélérer, comme envisagé initialement, la vitesse d’exécution de l’algorithme, mais nous avançons plusieurs pistes pour expliquer ces résultats. Nous proposons une série de recommandations visant à améliorer à la fois C2Space et le flot proposé. Nous décrivons notamment l’utilisation d’une nouvelle métrique très tôt dans le flot de conception mettant en relation (1) le potentiel de parallélisme d’un segment de code, (2) la portion du temps d’exécution global de ce segment, (3) le coût de communications processeur/coprocesseur pour ce segment et (4) le temps d’exécution logiciel de cette même portion de code.----------ABSTRACT Since the beginning of Electronic System Design, one of the main goals pursued in research has been to provide smarter and faster tools and workflows. This is clearly shown in the gap that separates the number of transistor per chip and the number of transistor that can be integrated by an engineer in a month. Over the years, many methods allowing a designer to abstract more and more his design came to fruition. In addition to those methods, automatization of certain tedious and repetitive tasks in the design process appeared. For instance, the tools of High Level Synthesis allow a high level specification to be automatically translated into a working Register Transfer level design. Finally, numerous workflows arose to provide more definite framework in Electronic System Design. The workflow that we will tackle is the Electronic System Level Flow (ESL), which describe an incremental method that starts from the most abstract specification possible. Abstraction is then released in small increments until a fully hardware specification is obtained. However, there is no comprehensive tool incorporating all stages of the ESL flow. We therefore propose an assisted translation tool for C code in order to complete an ESL design flow as part of creating hardware coprocessors. The proposed tool, C2Space, allows the transition of a sequential C code to a code organized in SpaceStudio modules in a fast and configurable way. This translation tool, based on the transpiler Clang, performs static analysis of the code to perform the appropriate translation choices. C2Space allows the integration, upstream of the flow, of a dynamic code analysis solution for C, called Pareon Profile. Pareon allows a first analysis of the sequential code to quickly identify sections of code that could benefit from a passage on coprocessor (by their potential parallelism and their weight in the sequential execution). Once the translation is done, the rest of the workflow is supported by the co-design environment SpaceStudio, which allows for architectural exploration of the translated code. It is then possible to test different mappings of the modules to the hardware resources (processors, coprocessors). Modules that are allocated material are then synthesized using a high-level synthesis software. The complete system can then be exported to one of the supported hardware platforms (e.g., for Xilinx FPGAs). We compared this flow to an edge detection algorithm (Canny filter) to test its effectiveness. The results show that the proposed approach enables rapid refinement of the algorithm, from the logic definition to its implementation. We have not been able to accelerate, as originally envisioned, the execution speed of the algorithm but we are offering several possible explanations for these results. We provide a series of recommendations to improve both C2Space and the proposed workflow. We describe in particular the use of a new metric early in the design flow linking (1) the potential parallelism of a code segment, (2) the portion of the total execution time of this segment, (3) the cost of communications between processor and coprocessors for this segment and (4) the software runtime of that same piece of code)

Copper and tin isotopic analysis of ancient bronzes for archaeological investigation: development and validation of a suitable analytical methodology

Although in many cases Pb isotopic analysis can be relied on for provenance determination of ancient bronzes, sometimes the use of “non-traditional” isotopic systems, such as those of Cu and Sn, is required. The work reported on in this paper aimed at revising the methodology for Cu and Sn isotope ratio measurements in archaeological bronzes via optimization of the analytical procedures in terms of sample pre-treatment, measurement protocol, precision, and analytical uncertainty. For Cu isotopic analysis, both Zn and Ni were investigated for their merit as internal standard (IS) relied on for mass bias correction. The use of Ni as IS seems to be the most robust approach as Ni is less prone to contamination, has a lower abundance in bronzes and an ionization potential similar to that of Cu, and provides slightly better reproducibility values when applied to NIST SRM 976 Cu isotopic reference material. The possibility of carrying out direct isotopic analysis without prior Cu isolation (with AG-MP-1 anion exchange resin) was investigated by analysis of CRM IARM 91D bronze reference material, synthetic solutions, and archaeological bronzes. Both procedures (Cu isolation/no Cu isolation) provide similar δ 65Cu results with similar uncertainty budgets in all cases (±0.02–0.04 per mil in delta units, k = 2, n = 4). Direct isotopic analysis of Cu therefore seems feasible, without evidence of spectral interference or matrix-induced effect on the extent of mass bias. For Sn, a separation protocol relying on TRU-Spec anion exchange resin was optimized, providing a recovery close to 100 % without on-column fractionation. Cu was recovered quantitatively together with the bronze matrix with this isolation protocol. Isotopic analysis of this Cu fraction provides δ 65Cu results similar to those obtained upon isolation using AG-MP-1 resin. This means that Cu and Sn isotopic analysis of bronze alloys can therefore be carried out after a single chromatographic separation using TRU-Spec resin. Tin isotopic analysis was performed relying on Sb as an internal standard used for mass bias correction. The reproducibility over a period of 1 month (n = 42) for the mass bias-corrected Sn isotope ratios is in the range of 0.06–0.16 per mil (2 s), for all the ratios monitored

Démence et dépression du sujet âgé (la dépression peut révéler une démence méconnue)

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Étude d'un échangeur à contre-courant gaz-gouttes de chlorure de sodium en cours de cristallisation

Un modèle numérique d'échangeur contre-courant entre un gaz et un sel fondu est présenté. L'énergie du gaz est directement convertie en énergie électrique ou mécanique dans une turbine à gaz. Ceci nécessite que la température de sortie du gaz soit de l'ordre de 750 à 850°C. Ce résultat peut être obtenu, malgré la mauvaise conductivité du NaCl et le coefficient de transfert thermique médiocre du gaz, par pulvérisation du sel, ce qui fournit une surface de contact gaz-gouttes très importante. Un algorithme permettant de déterminer la hauteur nécessaire au refroidissement des gouttes est présenté, ainsi que la répartition de température, vitesses... dans l'échangeur

Étude d'un échangeur à contre-courant gaz-gouttes de chlorure de sodium en cours de cristallisation

A numerical model of a counterflow heat exchanger between a gas and a molten salt is presented. The energy of the gas is directly converted into electrical or mechanical energy through a gas-turbine process. This operation requires the energy to be removable at temperature between 750 and 850°C. The energy can be withdrawn in spite of the bad conductivity of NaCl and the moderate heat transfer coefficient of the gas, by pulverization of the salt, which gives a very important surface available for heat transfer. Algorithms for estimating the heigh of a vertical column for cooling droplets are described and the distribution of temperatures, velocities... in the exchanger are determined.Un modèle numérique d'échangeur contre-courant entre un gaz et un sel fondu est présenté. L'énergie du gaz est directement convertie en énergie électrique ou mécanique dans une turbine à gaz. Ceci nécessite que la température de sortie du gaz soit de l'ordre de 750 à 850°C. Ce résultat peut être obtenu, malgré la mauvaise conductivité du NaCl et le coefficient de transfert thermique médiocre du gaz, par pulvérisation du sel, ce qui fournit une surface de contact gaz-gouttes très importante. Un algorithme permettant de déterminer la hauteur nécessaire au refroidissement des gouttes est présenté, ainsi que la répartition de température, vitesses... dans l'échangeur

Apport des analyses chimiques multi technique à la compréhension du comportement des éléments traces dans les filières sidérurgiques anciennes. Application aux études de provenance et à la distinction des procédés. Le cas du Pays de Bray normand.

In this work, we developped a new methodology based on major and trace element analyses of slag inclusions to determine (or exclude) the provenance of iron artefacts. It is applied to verify if the Pays de Bray, a French area between Rouen and Beauvais, could have been an important supplier for the ferrous reinforcements used in the Middle Ages for the building of churches and cathedrals in these two towns. To this purpose, the behaviour of trace elements during both direct and indirect operating chains is studied combining experimental smelting and different analytical methods, such as SEM–EDS, ICP–MS, LA–ICP–MS and INAA, performed on archaeological samples. The chemical signature of the Pays de Bray iron ore and slag is determined considering MnO and P2O5 contents as a first rough filter and seven couples of trace elements. Then, the major and trace elements are analysed using the same methods in the slag inclusions of 32 artefacts from the Beauvais and Rouen churches, made by the bloomery process. The trace element signature of the inclusions from each artefact is compared with the ore from the Pays de Bray area. The iron used in the Rouen and Beauvais churches seems not to come mainly from the Pays de Bray.Afin de déterminer la provenance et le procédé d'élaboration (procédé direct, indirect) d'objet en fer archéologiques, cette étude a cherché à préciser le comportement des éléments traces dans les filières sidérurgiques anciennes. Pour caractériser ce comportement il est nécessaire d'étudier les déchets et produits issus de l'ensemble des deux filières. Rappelons qu'à l'issue de ces procédés anciens, l'objet a la particularité de contenir une partie de scorie, le déchet de la réduction (procédé direct) ou de l'affinage (procédé indirect) sous forme d'inclusion. La taille de ces inclusions et d'une manière générale l'hétérogénéité des échantillons archéologiques ont nécessité pour déterminer leur composition en éléments majeurs et traces d'employer une approche multi échelle (analyses macroscopique, microscopique) requérant l'utilisation d'un grand nombre de techniques d'analyse (EDS, ICP-MS, INAA, LA-ICP-MS). Le corpus étudié est composé d'échantillons provenant de sites archéologiques du Pays de Bray et de réductions expérimentales effectuées à partir de minerai brayon. Celui-ci a également été complété par des spécimens provenant d'autres régions et des données de la base Palsid ont également été utilisées. L'étude de ces échantillons a montré que les scories et donc les inclusions des objets issues de la réduction directe contiennent la plupart des éléments traces présents initialement dans le minerai, alors que les inclusions et scories indirectes sont issues de l'affinage d'une fonte considérablement épurée. Ce sont donc les ordres de grandeur des teneurs de ces éléments (La, Ce, Sm, U...) dans les inclusions des objets, qui permettent de distinguer les deux procédés. Une méthodologie afin de caractériser la signature chimique d'une région géologique a également été établie. La « signature métal » permet de pister le minerai utilisé dans le métal de l'objet (Co/Ni, As/Sb). La «signature déchet » valable uniquement pour des échantillons issus du procédé direct permet de relier les scories, et les inclusions de l'objet fini aux minerais employés (teneurs absolues en éléments majeurs et traces, Si/Al, K/Ca, Mg/Al, K/Al, Sm/Th, Th/U, La/Yb, Y/Yb, Hf/Nb, Eu/Sm, Cs/Rb, Th/Sc). Les « signatures déchet et métal » du Pays de Bray ont été comparées à celles d'autres régions afin de tester leur pouvoir de discrimination. Il apparaît que l'utilisation de ces signatures permet de nettement séparer des échantillons d'origines différentes. Il est ainsi possible d'appliquer cette méthodologie à une problématique historique précise : la détermination des échanges commerciaux entre Rouen et le Pays de Bray au Moyen Âge. Dans ce but des fers de construction des églises rouennaises ont été étudiés. Les « signatures déchets » de ces objets sont très variables d'un échantillon à l'autre et différentes de celle du Pays de Bray. Ces résultats permettent de réfuter l'hypothèse d'une arrivée massive de fer brayon à Rouen au Moyen Âge et plaident pour un approvisionnement des chantiers de la ville fortement lié aux opportunités économiques et politiques, expliquant ainsi la très grande diversité des signatures