Time-power-energy balance of BLAS kernels in modern FPGAs

Conference proceedings 2022High Performance Computing. 9th Latin American Conference, CARLA 2022, Porto Alegre, Brazil, 26-30 sep 2022, Revised Selected Papers.Numerical Linear Algebra (NLA) is a research field that in the last decades has been characterized by the use of kernel libraries that are de facto standards. One of the most remarkable examples, in particular in the HPC field, is the Basic Linear Algebra Subroutines (BLAS). Most BLAS operations are fundamental in multiple scientific algorithms because they generally constitute the most computationally expensive stage. For this reason, numerous efforts have been made to optimize such operations on various hardware platforms. There is a growing concern in the high-performance computing world about power consumption, making energy efficiency an extremely important quality when evaluating hardware platforms. Due to their greater energy efficiency, Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs) are available today as an interesting alternative to other hardware platforms for the acceleration of this type of operation. Our study focuses on the evaluation of FPGAs to address dense NLA operations. Specifically, in this work we explore and evaluate the available options for two of the most representative kernels of BLAS, i.e. GEMV and GEMM. The experimental evaluation is carried out in an Alveo U50 accelerator card from Xilinx and an Intel Xeon Silver multicore CPU. Our findings show that even in kernels where the CPU reaches better runtimes, the FPGA counterpart is more energy efficient.Los investigadores contaron con el apoyo de la Universidad de la República y el PEDECIBA.Se agradece a la ANII – MPG Independent Research Groups : “Efficient Hetergenous Computing” - CSC grou

Introducing Texture: An Open Source WYSIWYG Javascript Editor for JATS

Texture is a WYSIWYG editor app that allows users to turn raw content into structured content, and add as much semantic information as needed for the production of scientific publications. Texture is open source software built on top of Substance (http://substance.io), an advanced Javascript content authoring library. While the Substance library is format agnostic, the Texture editor uses JATS XML as a native exchange format. The Substance library that Texture is built on already supports real-time collaborative authoring, and the easy-to-use WYSIWYG interface would make Texture an attractive alternative to Google Docs. For some editors, the interface could be toggled to more closely resemble a professional XML suite, allowing a user to pop out a raw attribute editor for any given element. Textureauthored documents could then be brought into the journal management system directly, skipping the conversion step, and move straight into a document-centric publishing workflow. &nbsp

Técnicas de bajo consumo en FPGAs

Todo diseño electrónico tiene tres restricciones principales que son área, velocidad y consumo. De las tres, el consumo es la variable más complicada de manejar para un diseñador: tiene incertidumbres, es difícil de estimar, y depende de varios parámetros, algunos tan dispares como el funcionamiento del sistema o los datos que ingresan al mismo. Pero por otro lado el consumo se está volviendo la restricción más importante para un gran número de aplicaciones. En esta tesis se presentan una serie de herramientas y metodologías para poder manejar adecuadamente la variable consumo en FPGAs. Se trabaja con un enfoque fuertemente experimental y desde el punto de vista de un usuario de este tipo de dispositivos, validando los resultados con más de 350 experimentos. Uno de los aportes de esta tesis, es una metodología completa de medición de consumo para FPGAs, que permite la calibración de herramientas de estimación. Como parte de esta metodología se incluyen los circuitos eléctricos necesarios para realizar las medidas y un conjunto de diseños o benchmarks para realizar pruebas incluyendo generadores de vectores de entradas. Se desarrolla además una herramienta específica de automedida de consumo para FPGAs. La misma tiene varias aplicaciones que permitirán ampliar y mejorar los experimentos de bajo consumo en futuras investigaciones, usando recursos muy sencillos y de muy bajo costo. Se presentan una serie de experimentos con varias técnicas de reducción de consumo en FPGAs, y se cuantifican los resultados obtenidos con cada una de ellas. Finalmente se concluye con un caso de estudio, la reducción de consumo de un circuito en particular: el microcontrolador openMSP430

Diseño digital utilizando lógica programable : aplicaciones a la enseñanza

Los dispositivos lógicos programables son circuitos integrados que contienen una gran cantidad de celdas básicas, específicamente compuertas y registros, cuyas interconexiones pueden ser configuradas por el usuario para dar lugar a un diseño determinado. Estos dispositivos se han transformado en componentes esenciales de cualquier diseño electrónico digital, desplazando en gran medida a los componentes discretos. La tecnología de la lógica programable ha significado un cambio de paradigma en el diseño electrónico: un circuito que puede modificarse vía software, ofreciendo una gran cantidad de ventajas y posibilidades. Este cambio de paradigma en la forma de diseñar también ha producido importantes transformaciones en la forma de enseñar. En esta tesis se presentan una serie de experiencias innovadoras en la enseñanza de ingeniería electrónica utilizando lógica programable. Se plantea el estudio de un tema tecnológico como es la lógica programable, eligiendo como campo de aplicación la utilización de esta tecnología en la enseñanza de diseño electrónico digital. Se comienza estudiando diferentes recomendaciones en la enseñanza de la ingeniería, profundizando los aspectos prácticos, de diseño y de laboratorio. Luego se realiza una puesta al día en profundidad de la lógica programable, incluyendo los dispositivos, el proceso de diseño y las herramientas utilizadas. Por último se presentan una serie de experiencias e investigaciones en metodologías de enseñanza de diseño electrónico digital. Estas experiencias están divididas en dos grupos, en una primer instancia la mejora del curso introductorio de diseño lógico con una nueva e innovadora metodología de laboratorio, y posteriormente el desarrollo de plataformas reconfigurables realizadas por estudiantes avanzados como proyectos de fin de carrera. En ambos casos se muestran los resultados obtenidos, tanto desde el punto de vista educativo como tecnológico

Diseño y construcción de un registrador de velocidad y dirección de viento para la evaluación del potencial eólico

El presente trabajo detalla el diseño y construcción de un sistema capaz de registrar velocidad y dirección de viento con características particulares. El equipo fue construido especialmente para ser instalado en localidades remotas sin suministro de energía eléctrica con el fin de evaluar el potencial energético de origen eólico de una zona determinada. Debido a esto hubo que cumplir requisitos de diseño físico para soportar condiciones de intemperie, autonomía tanto energética como en capacidad de almacenamiento de los datos adquiridos y condiciones en la forma de efectuar las medidas. Se tuvo especial cuidado en minimizar en todos los aspectos el consumo de energía. A fin de poder estudiar en profundidad las características del viento, las medidas se toman una vez por segundo y se almacenan todos los valores sin efectuar promedios. La gran cantidad de datos a almacenar y la necesidad de que el consumo sea mínimo llevó a la utilización de una arquitectura mixta que consta de una unidad de adquisición y control especialmente diseñada para esta aplicación y un computador que almacena los datos en medio magnético. El equipo actualmente se encuentra funcionando con resultados satisfactorios. -- This paper details the design and construction of a system to registrate the wind speed and direction with special characteristics. The equipment was specially constructed to work in remote places without electrical power supply to evaluate the eolic energetic potential of a determinated area. This restriction determined the following design characteristics: energy autonomy, high amount of data storage, power saving policies in measurements procedures, and physical design to support external weather conditions. Special care was taken to minimize in all aspects the power consumption. The measurements are sampled every second, and each value is storaged in order to be able to study completely the wind's characteristics. An architecture that integrates an acquisition and control unit specially designed for this application and a computer that storages the data in magnetic media was adopted to satisfy low power consumption and high storage capability

Interest rates and human rights: Adjusting risk premiums

El presente artículo propone una innovadora interpretación basada en los derechos humanos, en la que las tasas de interés y las primas de riesgo aplicadas en préstamos públicos y privados, puedan ser ajustadas luego de cumplirse el pago completo del capital.Facultad de Ciencias Jurídicas y Sociale

Simenerg: the design of autonomous systems

This work describes a methodology and a software tool-kit (SimEnerg) for the design of autonomous electricity systems. A criterion for comparing autonomous against grid connected systems is given, based on the annual energy deficit of the system with a given confidence. As an example, a map for choose the best technology with given power demand and the geographical position in Uruguay is shown. The modeling of the wind velocity and the solar radiation as a stochastic sources are described

Sistemas viento-diesel, una alternativa para la electrificación rural

En el presente trabajo se analizan diferentes alternativas para Electrificación Rural en el Uruguay utilizando energía eólica. El estudio se centra en sistemas de mediano y gran porte (potencia instalada mayor a 20kW) no conectados a la red eléctrica nacional. Se estudian dos configuraciones posibles: sistemas viento-diesel adaptados de modo que el diesel pueda ser desconectado, y aporte eólico a sistemas diesel existentes que alimentan centros poblados en forma autónom

Utilización de FPGAs como aceleradores de cálculo

Si bien las computadoras son cada vez más rápidas, las necesidades de cálculo también se hacen cada vez más pesadas y consumen más tiempo y recursos. Existen varias formas de aumentar la velocidad de un computador: procesador más rápido, varios procesadores trabajando en paralelo que se distribuyan tareas, etc. Este artículo describe experiencias realizadas utilizando otra forma de aumentar la velocidad con el uso de circuitos electrónicos dedicados que realicen cierta parte del trabajo y compartan la tarea con el procesador central de una computadora. Esta alternativa hasta hace poco presentaba un costo tan alto que era impensable su utilización en términos generales, pero con la aparición de chips de gran tamaño programables por el usuario (FPGAs), y la posibilidad de reprogramarlos infinitas veces de acuerdo a las necesidades de la aplicación concreta hacen que sea una opción viable. Para poder usar esta tecnología en forma amplia es necesario resolver varias etapas, principalmente el diseño de los circuitos a programar en los chips así como el diseño de las interfaces hardware - software de aplicación. La arquitectura utilizada se basó en una placa reconfigurable funcionando como un coprocesador en conjunto con un PC, y se realizaron bibliotecas hardware para acelerar ciertos cálculos específicos. Los algoritmos probados han sido de redes neuronales, tratamiento de imágenes, y encriptado.Although computers are becoming faster all the time, the need for calculation is also heavier and time consuming. There are various ways to increment the speed of a computer: a faster processor, many processors working in parallel and sharing tasks, and so on. This paper describes experiences where a different approach was used to increase speed, using electronic circuits dedicated to do part of the job and collaborate with the main processor of a computer. This alternative was so expensive until recently that its use was unthinkable in general terms. But when big sized user programmable chips (FPGAs) appeared, together with the possibility of infinite reprogramming according to the needs of the given applications, this became a realistic option. To be able to use this technology widely it is necessary to solve many stages, mainly the design of the circuits to be programmed in the chips as well as the designing of the hardware - software interfaces of application. The architecture that was used was based on a reconfigurable board working as a coprocessor together with a PC, and hardware libraries were implemented to accelerate certain specific calculations. The tested algorithms have been artificial neural networks, image processing and data encryption