Automatic Parallelization and Locality Optimization of Beamforming Algorithms

International audienceThis paper demonstrates the benefits of a global optimization strategy using a new automatic parallelization and locality optimization methodology for high performance embedded computing algorithms that occur in adaptive radar systems, for modern multi-core computing chips. As a baseline, the resulting performance was compared against the performance that could be obtained using highly optimized math libraries

Dynamic measurement of the height and volume of migrating cells by a novel fluorescence microscopy technique

We propose a new technique to measure the volume of adherent migrating cells. The method is based on a negative staining where a fluorescent, non cell-permeant dye is added to the extracellular medium. The specimen is observed with a conventional fluorescence microscope in a chamber of uniform height. Given that the fluorescence signal depends on the thickness of the emitting layer, the objects excluding the fluorescent dye (i.e., cells) appear dark, and the decrease of the fluorescent signal with respect to the background is expected to give information about the height and the volume of the object. Using a glass microfabricated pattern with steps of defined heights, we show that the drop in fluorescence intensity is indeed proportional to the height of the step and obtain calibration curves relating fluorescence intensity to height. The technique, termed fluorescence displacement method, is further validated by comparing our measurements with the ones obtained by atomic force microscopy (AFM). We apply our method to measure the real-time volume dynamics of migrating fish epidermal keratocytes subjected to osmotic stress. The fluorescence displacement technique allows fast and precise monitoring of cell height and volume, thus providing a valuable tool for characterizing the three-dimensional behaviour of migrating cells

Expression et manipulation de la périodicité dans le modèle polyédrique,Applications à l'analyse et à l'optimisation de programmes

Cette thèse est centrée sur les objets mathématiques formés de l'intersection entre un polyèdre rationnel dépendant de paramètres et un réseau régulier de points à coordonnées entières: les Z-polyèdres paramétriques.Ces objets sont utilisés en compilationThis thesis focuses on mathematical objects that are the intersection between a rational parametric polyhedron and a lattice of integer points: Z-polyhedra.These objects are used in compilers, where they model nested for/do loops (this model is known as

Stating and Manipulating Periodicity in the Polytope Model. Applications to Program Analysis and Optimization = Expression et Manipulation de la Périodicité dans le Modèle Polyédrique. Applications à l’Optimisation de Programmes.

Pas de résum

Expression et manipulation de la périodicité dans le modèle polyédrique,Applications à l'analyse et à l'optimisation de programmes

Cette thèse est centrée sur les objets mathématiques formés de l'intersection entre un polyèdre rationnel dépendant de paramètres et un réseau régulier de points à coordonnées entières: les Z-polyèdres paramétriques.Ces objets sont utilisés en compilation où ils permettent de modéliser les nids de boucles for/do (on parle du "modèle polyédrique"), afin d'analyser leur comportement, et de les transformer pour les optimiser ou les paralléliser.Cette thèse contribue à l'amélioration de ce modèle en introduisant le concept de polyèdre périodique, qui traduit le caractère périodique des coordonnées de points entiers extrémaux du Z-polyèdre. Ce concept est d'abord utilisé pour définir le premier algorithme de calcul de la coque entière d'un Z-polyèdre paramétrique P, c'est à dire l'enveloppe convexe des points contenus dans P.Dans le même cadre, nous nous intéressons aux polynômes d'Ehrhart, qui donnent le nombre de points à coordonnées entières contenus dans P et qui possèdent un caractère périodique.Certaines observations fines sur le caractère périodique de la coque entière de P nous permettent d'étendre une conjecture prononcée par Ehrhart et qui donne des informations précises sur la périodicité des coefficients.Nous en dérivons une condition pour laquelle le polynôme d'Ehrhart d'un Z-polyèdre est non-périodique, et en déduisons deux méthodes d'approximation d'un polynôme d'Ehrhart par un polynôme non-périodique.Dans l'un des cas, nous donnons également un algorithme de calcul de ce polynôme dont la complexité est polynomiale en dimension fixée.D'autre part, l'ensemble des solutions faisables d'un problème de programmation linéaire paramétrique en nombre entiers est un Z-polyèdre S. La solution optimale est donnée par un un point extrémal de S, qui dépend périodiquement des paramètres.Notre approche est de considérer un problème général, englobant le problème du maximum lexicographique et la forme classique de la programmation linéaire en nombre entiers. Nous donnons un nouvel algorithme de calcul d'une solution optimale de ce problème.This thesis focuses on mathematical objects that are the intersection between a rational parametric polyhedron and a lattice of integer points: Z-polyhedra.These objects are used in compilers, where they model nested for/do loops (this model is known as the "polyhedron model"), in order to analyze their behaviour and to transform them in an optimal or parallel loop nest.The main contribution of this thesis is an enhancement of this model, by integrating the periodic character of extremal integer points of the Z-polyhedron, using "periodic polyhedra".This concept is first used to devise the first algorithm for computing the integer hull of a parametric Z-polyhedron P, i.e., the convex hull of the integer points that belong to P.In the same frame, we study Ehrhart polynomials, which give the number of points with integer coordinates that belong to P.Ehrhart polynomials depend periodically on the parameters of P.Starting from observations about the periodicity of the integer hull of P, we extend a conjecture stated by Ehrhart which gives accurate information on the periodicity of the polynomial's coefficients.Using this, we derive a new condition for which the Ehrhart polynomial of a Z-polyhedron is non-periodic. This allows to give two methods for approximating an Ehrhart polynomial by a non-periodic polynomial.In one of the two cases, we also give a new method for computing this polynomial, whose complexity is polynomial for a fixed dimension.Besides, the set of feasible solutions of a parametric linear integer programming problem is a Z-polyhedron S. The optimal solution is given by an extremal integer point of S, which depends periodically on S's parameters.Our approach considers a problem that encompasses the integer lexicographic maximum problem and the classical integer linear programming problem.We devise a new algorithm for computing the optimal solution of such a problem

Automatic Memory Layout Transformations to Optimize Spatial Locality in Parameterized Loop Nests

One of the most efficient ways to improve program performances onto nowadays computers is to optimize the way cache memories are used. In particular, many scientic applications contain loop nests that operate on large multi-dimensional arrays whose sizes are often parameterized. No special attention is paid to cache memory performance when such loops are written. In this work, we focus on spatial locality optimization such that all the data that are loaded as a block in the cache will be used successively by the program

Stating and manipulating periodicity in the polytope model (Applications to program analysis and optimization)

Cette thèse est centrée sur les objets mathématiques formés de l'intersection entre un polyèdre rationnel dépendant de paramètres et un réseau régulier de points à coordonnées entières: les Z-polyèdres paramétriques.Ces objets sont utilisés en compilation où ils permettent de modéliser les nids de boucles for/do (on parle du "modèle polyédrique"), afin d'analyser leur comportement, et de les transformer pour les optimiser ou les paralléliser.Cette thèse contribue à l'amélioration de ce modèle en introduisant le concept de polyèdre périodique, qui traduit le caractère périodique des coordonnées de points entiers extrémaux du Z-polyèdre. Ce concept est d'abord utilisé pour définir le premier algorithme de calcul de la coque entière d'un Z-polyèdre paramétrique P, c'est à dire l'enveloppe convexe des points contenus dans P.Dans le même cadre, nous nous intéressons aux polynômes d'Ehrhart, qui donnent le nombre de points à coordonnées entières contenus dans P et qui possèdent un caractère périodique.Certaines observations fines sur le caractère périodique de la coque entière de P nous permettent d'étendre une conjecture prononcée par Ehrhart et qui donne des informations précises sur la périodicité des coefficients.Nous en dérivons une condition pour laquelle le polynôme d'Ehrhart d'un Z-polyèdre est non-périodique, et en déduisons deux méthodes d'approximation d'un polynôme d'Ehrhart par un polynôme non-périodique.Dans l'un des cas, nous donnons également un algorithme de calcul de ce polynôme dont la complexité est polynomiale en dimension fixée.D'autre part, l'ensemble des solutions faisables d'un problème de programmation linéaire paramétrique en nombre entiers est un Z-polyèdre S. La solution optimale est donnée par un un point extrémal de S, qui dépend périodiquement des paramètres.Notre approche est de considérer un problème général, englobant le problème du maximum lexicographique et la forme classique de la programmation linéaire en nombre entiers. Nous donnons un nouvel algorithme de calcul d'une solution optimale de ce problème.This thesis focuses on mathematical objects that are the intersection between a rational parametric polyhedron and a lattice of integer points: Z-polyhedra.These objects are used in compilers, where they model nested for/do loops (this model is known as the "polyhedron model"), in order to analyze their behaviour and to transform them in an optimal or parallel loop nest.The main contribution of this thesis is an enhancement of this model, by integrating the periodic character of extremal integer points of the Z-polyhedron, using "periodic polyhedra".This concept is first used to devise the first algorithm for computing the integer hull of a parametric Z-polyhedron P, i.e., the convex hull of the integer points that belong to P.In the same frame, we study Ehrhart polynomials, which give the number of points with integer coordinates that belong to P.Ehrhart polynomials depend periodically on the parameters of P.Starting from observations about the periodicity of the integer hull of P, we extend a conjecture stated by Ehrhart which gives accurate information on the periodicity of the polynomial's coefficients.Using this, we derive a new condition for which the Ehrhart polynomial of a Z-polyhedron is non-periodic. This allows to give two methods for approximating an Ehrhart polynomial by a non-periodic polynomial.In one of the two cases, we also give a new method for computing this polynomial, whose complexity is polynomial for a fixed dimension.Besides, the set of feasible solutions of a parametric linear integer programming problem is a Z-polyhedron S. The optimal solution is given by an extremal integer point of S, which depends periodically on S's parameters.Our approach considers a problem that encompasses the integer lexicographic maximum problem and the classical integer linear programming problem.We devise a new algorithm for computing the optimal solution of such a problem.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocFONTAINEBLEAU-MINES ParisTech (771862302) / SudocSudocFranceF