Paralelización del modelo Híbrido Clásico-Cuántico para un Dispositivo Semiconductor Mosfet Nanométrico

The expensive reengineering of the sequential software and the difficult parallel programming are two of the many technical and economic obstacles to the wide use of HPC. We investigate the chance to improve in a rapid way the performance of a numerical serial code for the simulation of the transport of a charged carriers in a Double-Gate MOSFET. We introduce the Drift-Diffusion-Schrödinger-Poisson (DDSP) model and we study a rapid parallelization strategy of the numerical procedure on shared memory architectures.El transformar un software secuencial en uno paralelo, es costoso y difícil, lo cual constituye solo dos de los muchos obstáculos técnicos y económicos que se tienen que enfrentar cuando se desea hacer uso de sistemas HPC. En este trabajo investigamos la posibilidad de mejorar de forma rápida y eficiente el desempeño de un código numérico secuencial que se encarga de realizar la simulación del comportamiento y transporte de un flujo de electrones en un dispositivo semiconductor MOSFET doble puerta y de escala nanométrico. Se  introduce el modelo Drift-Diffusion- Schrödinger-Poisson (DDSP) y se estudia una estrategia de paralelización rápida del procedimiento numérico, óptimo específicamente para arquitecturas a memoria compartida

The BPS preconditioner on Beowulf cluster

This work presents the implementation on a Linux Cluster of a parallel preconditionerfor the solution of the linear system resulting from the finite element discretizationof a 2D second order elliptic boundary value problem. The numerical method,proposed by Bramble, Pasciak and Schatz, is developed using Domain Decompositiontechniques, which are based on the splitting of the computational domain into subregionsof smaller size, enforcing suitable compatibility conditions. The Fortran codeis implemented using PETSc: a suite of data structures and routines devoted to thescientific parallel computing and based on the MPI standard for all message-passingcommunications. The main interest of the paper is to present an efficient and portablecode for the solution of large-scale linear systems and to investigate how the architecturalaspects of the cluster influence the performance of the considered algorithm. Weprovide an analysis of the execution times as well as of the scalability, using as testcase the classical Poisson equation with Dirichlet boundary conditions.Keywords: Domain Decomposition, Parallelization, Partial Differential Equation, Preconditioner,Beowulf Cluster.En este trabajo se presenta una implementaci´on para Cluster Linux de un precondicionador´util para resolver en forma eficiente sistemas lineales obtenidos de ladiscretizaci´on por medio de elementos finitos de problemas de valor inicial 2D el´?pticos de segundo orden. El m´etodo num´erico implementado fue propuesto por Bramble, Pasciakand Schatz, y en ´el se utiliza la t´ecnica de Descomposici´on de Dominio, la cual sebasa en una divisi´on del dominio computacional en subregiones de dimensiones siemprem´as peque˜nas, las cuales cumplen con condiciones apropiadas de compactibilidad.El c´odigo fue implementado en Fortran usando la librer´?a PETSC: una colecci´on de estructurasy funciones, desarrolladas para el C´alculo Cient´?fico en Paralelo y basada enel est´andar MPI para administrar la comunicaci´on y el cambio de mensajes. Nuestroobjetivo en este trabajo es demostrar la eficiencia y portabilidad del c´odigo cuandose emplea en la soluci´on de grandes sistemas y adem´as analizar cu´al es la influenciaque tiene la arquitectura del cluster en las prestaciones del algoritmo considerado.Nosotros presentamos una an´alisis de los tiempos de ejecuci´on obtenidos as´? comode la escalabilidad, usando como problema test la ecuaci´on cl´asica de Poisson concondiciones de Dirichlet en la frontera.Palabras clave: Descomposici´on de Dominio, Paralelizaci´on, Ecuaciones a las DerivadasParciales, Precondicionador, Beowulf Cluster

Detección y seguimiento de objetos presentes en video 2D con MatLab

En el siguiente trabajo se presentan los principales resultados de investigación obtenidos en la fase de diseño de un algoritmo que permite la detección y el seguimiento de un objeto presente en una grabación de video. El algoritmo se diseñó e implementó en el ambiente de programación MatLab y los videos utilizados fueron facilitados por el Centro de Investigación Apícola Tropical (CINAT) y corresponden a la presencia del ácaro Varroa Destructor en las celdas de abejas melíferas africanizadas. El principal resultado que se tiene es la creación de un programa capaz de detectar y registrar el movimiento del ácaro, lo cual es algo innovador y útil para los estudios del comportamiento de esta especie en las celdas de las abejas melíferas que realiza el CINAT

Mini MOOCs: una herramienta para la preparación del docente.

Los programas de matemática vigentes en Costa Rica para la preparación de estudiantes de primaria y de secundaria representan un reto para los maestros y docentes en servicio. El tipo de metodología propuesto asume una mayor formación en aspectos propios de la Educación Matemática, por ejemplo, el dominio de las teorías de aprendizaje o las pautas para una adecuada mediación pedagógica. Desde este punto de vista, con esta actividad se busca reforzar los elementos claves que deben ser analizados al elegir una situación problema para organizar las lecciones según las sugerencias presentes en el currículo. Para lograr lo anterior, se recurre a plataformas disponibles al público interesado, denominadas Mini MOOCs, las cuales son de uso libre y gratuito, sin embargo, su impacto en los docentes del país no ha sido el esperado y por lo tanto, se pondrán en primer plano con la intención de que sean exploradas y extraer el potencial pedagógico y didáctico. ISBN: 978-9968-9661-5-3 Para referenciar este trabajo en APA 6:Salas-Huertas, O. y Ramírez-Bogantes, M. (2017).  Mini MOOCs: una herramienta para la preparación del docente. En Y. Morales-López, M. Picado, R. Gamboa, C. Martínez, M. Castillo y R. Hidalgo (Eds.), Memorias del VI Encuentro Provincial de Educación Matemática, Costa Rica, 2017 (pp. 35-37). Heredia: Universidad Nacional. DOI: http://dx.doi.org/10.15359/epem.6.8The mathematics programs in force in Costa Rica for the preparation of primary and secondary school students represent a challenge for teachers and professors in service. The type of methodology proposed assumes greater training in aspects of Mathematics Education, for example, mastery of learning theories or guidelines for adequate pedagogical mediation. From this point of view, this activity seeks to reinforce the key elements that must be analyzed when choosing a problem situation to organize the lessons according to the suggestions in the curriculum. To achieve the above, we resort to platforms available to the interested public, called Mini MOOCs, which are free and free to use, however, their impact on the country's teachers has not been as expected and therefore, they will be put into close-up with the intention that they are explored and extract the pedagogical and didactic potential.Universidad Nacional, Costa Ric

Incorporación de la tecnología para la enseñanza y aprendizaje de las ecuaciones diferenciales ordinarias (EDO)

En este trabajo se expone la necesidad de la incorporación de la tecnología y de los procesos de modelización en el curso de Ecuaciones Diferenciales Ordinarias (EDO) de la carrera de Enseñanza de la Matemática en la Universidad Nacional en Costa Rica, con el fin de motivar a los alumnos para que logren: hacer un tratamiento discreto de la información, acceder al razonamiento estocástico para la búsqueda de las soluciones, y utilizar la matemática discreta, la modelización y la optimización de procesos para la interpretación de los problemas, entre otros. En particular, se presentan los principales resultados de la experiencia sistematizada en este curso durante el segundo periodo del2008 en la Universidad Nacional.The aim of this paper is to illustrate the need for the incorporation of technology and process modeling in the course of Ordinary Differential Equations (ODE), of the major in Mathematics Education in the Universidad Nacional in Costa Rica, in order to motivate students to achieve: to make a discreet handling of information, access the stochastic reasoning for the search of solutions, and use discrete mathematics, modeling and optimization processes for the interpretation of problems, among others. In particular, we show the main results of the systematized experience in this course during the second half of 2008 at the Universidad Nacional

El problema del agente viajero: un algoritmo determinístico usando búsqueda tabú

We implement an algorithm corresponding to the Taboo Search method, called EraDeterministic, experimenting with the basic algorithm that ex- plores the search space and incorporating the diversification as strategy to explore new regions. The algorithm is developed in the programming environment Visual Basic 6.0 and the implementation is aimed at finding close solutions to the optimum of the problem NP−complete of the Sym- metric Traveling Salesman (STS). To test the functionality, the model is compared with some instances of the Travel Salesman Problem Library (TSPLIB), some random instances and applied to three real-life situations. Finally, we present a section with comments and conclusions, that guide us on possible future developments that demonstrate the benefits and the efficiency of the implementation. Se implementa un algoritmo correspondiente al método Búsqueda Tabú, llamado EraDeterminístico, experimentado con el algoritmo básico que explora el espacio de búsqueda e incorporando la diversificación como estrategia para explorar nuevas regiones. El algoritmo se desarrolla en el ambiente de programación Visual Basic 6.0 y la implementación se orienta a encontrar soluciones cercanas a la óptima del problema NP−Completo del Agente Viajero Simétrico (AVS). Para probar la funcionalidad, el modelo se compara con algunas instancias de la Travel Salesman Problem Li- brary (TSPLIB), algunas instancias aleatorias y se aplica a tres situaciones reales. Finalmente, se presenta una sección donde se exponen recomendaciones y conclusiones, las cuales orientan posibles desarrollos futuros de ésta teoría y donde se pone en evidencian las bondades y la eficiencia de la implementación

El problema del agente viajero: un algoritmo determinístico usando búsqueda tabú

We implement an algorithm corresponding to the Taboo Search method, called EraDeterministic, experimenting with the basic algorithm that ex- plores the search space and incorporating the diversification as strategy to explore new regions. The algorithm is developed in the programming environment Visual Basic 6.0 and the implementation is aimed at finding close solutions to the optimum of the problem NP−complete of the Sym- metric Traveling Salesman (STS). To test the functionality, the model is compared with some instances of the Travel Salesman Problem Library (TSPLIB), some random instances and applied to three real-life situations. Finally, we present a section with comments and conclusions, that guide us on possible future developments that demonstrate the benefits and the efficiency of the implementation. Se implementa un algoritmo correspondiente al método Búsqueda Tabú, llamado EraDeterminístico, experimentado con el algoritmo básico que explora el espacio de búsqueda e incorporando la diversificación como estrategia para explorar nuevas regiones. El algoritmo se desarrolla en el ambiente de programación Visual Basic 6.0 y la implementación se orienta a encontrar soluciones cercanas a la óptima del problema NP−Completo del Agente Viajero Simétrico (AVS). Para probar la funcionalidad, el modelo se compara con algunas instancias de la Travel Salesman Problem Li- brary (TSPLIB), algunas instancias aleatorias y se aplica a tres situaciones reales. Finalmente, se presenta una sección donde se exponen recomendaciones y conclusiones, las cuales orientan posibles desarrollos futuros de ésta teoría y donde se pone en evidencian las bondades y la eficiencia de la implementación

Parallelization of a Quantum-Classic Hybrid Model For Nanoscale Semiconductor Devices

The expensive reengineering of the sequential software and the difficult parallel programming are two of the many technical and economic obstacles to the wide use of HPC. We investigate the chance to improve in a rapid way the performance of a numerical serial code for the simulation of the transport of a charged carriers in a Double-Gate MOSFET. We introduce the Drift-Diffusion-Schrödinger-Poisson (DDSP) model and we study a rapid parallelization strategy of the numerical procedure on shared memory architectures.El transformar un software secuencial en uno paralelo, es costoso y difícil, lo cual constituye solo dos de los muchos obstáculos técnicos y económicos que se tienen que enfrentar cuando se desea hacer uso de sistemas HPC. En este trabajo investigamos la posibilidad de mejorar de forma rápida y eficiente el desempeño de un código numérico secuencial que se encarga de realizar la simulación del comportamiento y transporte de un flujo de electrones en un dispositivo semiconductor MOSFET doble puerta y de escala nanométrico. Se  introduce el modelo Drift-Diffusion- Schrödinger-Poisson (DDSP) y se estudia una estrategia de paralelización rápida del procedimiento numérico, óptimo específicamente para arquitecturas a memoria compartida

The BPS preconditioner on Beowulf cluster

This work presents the implementation on a Linux Cluster of a parallel preconditionerfor the solution of the linear system resulting from the finite element discretizationof a 2D second order elliptic boundary value problem. The numerical method,proposed by Bramble, Pasciak and Schatz, is developed using Domain Decompositiontechniques, which are based on the splitting of the computational domain into subregionsof smaller size, enforcing suitable compatibility conditions. The Fortran codeis implemented using PETSc: a suite of data structures and routines devoted to thescientific parallel computing and based on the MPI standard for all message-passingcommunications. The main interest of the paper is to present an efficient and portablecode for the solution of large-scale linear systems and to investigate how the architecturalaspects of the cluster influence the performance of the considered algorithm. Weprovide an analysis of the execution times as well as of the scalability, using as testcase the classical Poisson equation with Dirichlet boundary conditions.Keywords: Domain Decomposition, Parallelization, Partial Differential Equation, Preconditioner,Beowulf Cluster.En este trabajo se presenta una implementaci´on para Cluster Linux de un precondicionador´util para resolver en forma eficiente sistemas lineales obtenidos de ladiscretizaci´on por medio de elementos finitos de problemas de valor inicial 2D el´?pticos de segundo orden. El m´etodo num´erico implementado fue propuesto por Bramble, Pasciakand Schatz, y en ´el se utiliza la t´ecnica de Descomposici´on de Dominio, la cual sebasa en una divisi´on del dominio computacional en subregiones de dimensiones siemprem´as peque˜nas, las cuales cumplen con condiciones apropiadas de compactibilidad.El c´odigo fue implementado en Fortran usando la librer´?a PETSC: una colecci´on de estructurasy funciones, desarrolladas para el C´alculo Cient´?fico en Paralelo y basada enel est´andar MPI para administrar la comunicaci´on y el cambio de mensajes. Nuestroobjetivo en este trabajo es demostrar la eficiencia y portabilidad del c´odigo cuandose emplea en la soluci´on de grandes sistemas y adem´as analizar cu´al es la influenciaque tiene la arquitectura del cluster en las prestaciones del algoritmo considerado.Nosotros presentamos una an´alisis de los tiempos de ejecuci´on obtenidos as´? comode la escalabilidad, usando como problema test la ecuaci´on cl´asica de Poisson concondiciones de Dirichlet en la frontera.Palabras clave: Descomposici´on de Dominio, Paralelizaci´on, Ecuaciones a las DerivadasParciales, Precondicionador, Beowulf Cluster