Automated Design of Approximate Accelerators

In den letzten zehn Jahren hat das Bedürfnis nach Recheneffizienz die Entwicklung neuer Geräte, Architekturen und Entwurfstechniken motiviert. Approximate Computing hat sich als modernes, energieeffizientes Entwurfsparadigma für Anwendungen herausgestellt, die eine inhärente Fehlertoleranz aufweisen. Wenn die Genauigkeit der Ergebnisse in aktuellen Anwendungen wie Bildverarbeitung, Computer Vision und maschinellem Lernen auf ein akzeptables Maß reduziert wird, können Einsparungen im Schaltungsbereich, bei der Schaltkreisverzögerung und beim Stromverbrauch erzielt werden. Mit dem Aufkommen dieses Approximate Computing Paradigmas wurden in der Literatur viele approximierte Funktionseinheiten angegeben, insbesondere approximierte Addierer und Multiplizierer. Für eine Vielzahl solcher approximierter Schaltkreise und unter Berücksichtigung ihrer Verwendung als Bausteine für den Entwurf von approximierten Beschleunigern für fehlertolerante Anwendungen, ergibt sich eine Herausforderung: die Auswahl dieser approximierten Schaltkreise für eine bestimmte Anwendung, die die erforderlichen Ressourcen minimieren und gleichzeitig eine definierte Genauigkeit erfüllen. Diese Dissertation schlägt automatisierte Methoden zum Entwerfen und Implementieren von approximierten Beschleunigern vor, die aus approximierten arithmetischen Schaltungen aufgebaut sind. Um dies zu erreichen, befasst sich diese Dissertation mit folgenden Herausforderungen und liefert die nachfolgenden neuartigen Beiträge: In der Literatur wurden viele approximierte Addierer und Multiplizierer vorgestellt, indem entweder approximierte Entwürfe aus genauen Implementierungen wie dem Ripple-Carry-Addierer vorgeschlagen oder durch Approximate Logic Synthesis (ALS) Methoden generiert wurden. Ein repräsentativer Satz dieser approximierten Komponenten ist erforderlich, um approximierte Beschleuniger zu bauen. In diesem Sinne präsentiert diese Dissertation zwei Ansätze, um solche approximierte arithmetische Schaltungen zu erstellen. Zunächst wird AUGER vorgestellt, ein Tool, mit dem Register-Transfer Level (RTL) Beschreibungen für einen breiten Satz von approximierten Addierern und Multiplizierer für unterschiedliche Datenbitbreiten- und Genauigkeitskonfigurationen generiert werden können. Mit AUGER kann eine Design Space Exploration (DSE) von approximierten Komponenten durchgeführt werden, um diejenigen zu finden, die für eine gegebene Bitbreite, einen gegebenen Approximationsbereich und eine gegebene Schaltungsmetrik Pareto-optimal sind. Anschließend wird AxLS vorgestellt, ein Framework für ALS, das die Implementierung modernster Methoden und den Vorschlag neuartiger Methoden ermöglicht, um strukturelle Netzlistentransformationen durchzuführen und approximierte arithmetische Schaltungen aus genauen Schaltungen zu generieren. Darüber hinaus bieten beide Werkzeuge eine Fehlercharakterisierung in Form einer Fehlerverteilung und Schaltungseigenschaften (Fläche, Schaltkreisverzögerung und Leistung) für jede von ihnen erzeugte approximierte Schaltung. Diese Informationen sind für das Untersuchungsziel dieser Dissertation von wesentlicher Bedeutung. Trotz der Fehlertoleranz müssen approximierte Beschleuniger so ausgelegt sein, dass sie Genauigkeitsvorgaben erfüllen. Für den Entwurf solcher Beschleuniger unter Verwendung von approximierten arithmetischen Schaltungen ist es daher unerlässlich zu bewerten, wie sich die durch approximierte Schaltungen verursachten Fehler durch andere Berechnungen ausbreiten, entweder genau oder ungenau, und sich schließlich am Ausgang ansammeln. Diese Dissertation schlägt analytische Modelle vor, um die Fehlerpropagation durch genaue und approximierte Berechnungen zu beschreiben. Mit ihnen wird eine automatisierte, compilerbasierte Methodik vorgeschlagen, um die Fehlerpropagation auf approximierten Beschleunigerdesigns abzuschätzen. Diese Methode ist in ein Tool, CEDA, integriert, um schnelle, simulationsfreie Genauigkeitsschätzungen von approximierten Beschleunigermodellen durchzuführen, die unter Verwendung von C-Code beschrieben wurden. Beim Entwurf von approximierten Beschleunigern benötigen sich wiederholende Simulationen auf Gate-Level und die Schaltungssynthese viel Zeit, um viele oder sogar alle möglichen Kombinationen für einen gegebenen Satz von approximierten arithmetischen Schaltungen zu untersuchen. Andererseits basieren aktuelle Trends beim Entwerfen von Beschleunigern auf High-Level Synthesis (HLS) Werkzeugen. In dieser Dissertation werden analytische Modelle zur Schätzung der erforderlichen Rechenressourcen vorgestellt, wenn approximierte Addierer und Multiplizierer in Konstruktionen von approximierten Beschleunigern verwendet werden. Darüber hinaus werden diese Modelle zusammen mit den vorgeschlagenen analytischen Modellen zur Genauigkeitsschätzung in eine DSE-Methodik für fehlertolerante Anwendungen, DSEwam, integriert, um Pareto-optimale oder nahezu Pareto-optimale Lösungen für approximierte Beschleuniger zu identifizieren. DSEwam ist in ein HLS-Tool integriert, um automatisch RTL-Beschreibungen von approximierten Beschleunigern aus C-Sprachbeschreibungen für eine bestimmte Fehlerschwelle und ein bestimmtes Minimierungsziel zu generieren. Die Verwendung von approximierten Beschleunigern muss sicherstellen, dass Fehler, die aufgrund von approximierten Berechnungen erzeugt werden, innerhalb eines definierten Maximalwerts für eine gegebene Genauigkeitsmetrik bleiben. Die Fehler, die durch approximierte Beschleuniger erzeugt werden, hängen jedoch von den Eingabedaten ab, die hinsichtlich der für das Design verwendeten Daten unterschiedlich sein können. In dieser Dissertation wird ECAx vorgestellt, eine automatisierte Methode zur Untersuchung und Anwendung feinkörniger Fehlerkorrekturen mit geringem Overhead in approximierten Beschleunigern, um die Kosten für die Fehlerkorrektur auf Softwareebene (wie es in der Literatur gemacht wird) zu senken. Dies erfolgt durch selektive Korrektur der signifikantesten Fehler (in Bezug auf ihre Größenordnung), die von approximierten Komponenten erzeugt werden, ohne die Vorteile der Approximationen zu verlieren. Die experimentelle Auswertung zeigt Beschleunigungsverbesserungen für die Anwendung im Austausch für einen leicht gestiegenen Flächen- und Leistungsverbrauch im approximierten Beschleunigerdesign

Medindo a dinâmica do tráfego de veículos na Edge

This work aims to measure the impact of approximate computing on a case study of traffic dynamics metering on a System-on-Chip edge computing device. Firstly, the study proposes a baseline implementation of the metering system in C++. To analyze the application in detail, study profiled the baseline using a built-in instrumented profiler, presenting the overall performance of each of its parts. During the hotspot analysis, some parts had optimization opportunities exploitable by multi-threading and approximate computing techniques, particularly frame skipping, which is inspired by the loop perforation approximate technique. The first optimization employed was multi-threading, which led to a 1.32x speedup on the application without introducing errors in the metrics. Then, the meter was optimized by using frame skipping. This work demonstrated that adaptatively modifying the number of frames skipped improved the error in the final metrics compared to keeping it fixed. In terms of performance, the frame skipping brought the overall speed up to 1.76x. Approximate computing, in particular, frame skipping, managed to contribute up to 25% of the overall speedup, managing to accelerate the meter from 8.7 frames per second to 15 fps in the most critical case in exchange for some numerical error on the final metrics.El objetivo de este trabajo es medir el impacto de la aplicación de técnicas de computación aproximada sobre un caso de estudio de implementación de un medidor de la dinámica de tráfico vehicular en una unidad computacional basada en un sistema embebido. El estudio parte de una implementación inicial del medidor hecha en C++. Para el análisis de la aplicación, la implementación inicial se perfila con un perfilador empotrado en el mismo código, que muestra información detallada de cada una de las partes. Durante el análisis de consumo, se encontraron partes optimizables con paralelismo a nivel de hilos y técnicas de computación aproximada como omisión de recuadros, que es una técnica inspirada en la perforación de lazos. La primer optimización realizada fue la implementación multihilo, que logró acelerar la aplicación 1.32 veces sin introducir errores en los resultados. Posteriormente, la implementación fue optimizada con la omisión de recuadros. Durante el desarrollo de este trabajo, se demuestra que modificar el número de recuadros omitidos de forma dinámica en tiempo de ejecución mejora considerablemente el error introducido comparado a mantener constante el número de recuadros omitidos. La combinación de ambas optimizaciones concluyó en una implementación 1.76 veces más rápida, donde la aplicación de computación aproximada mediante omisión de recuadros contribuyó hasta en un 25% sobre el total de la mejora, acelerando el medidor de 8.7 recuadros por segundo a 15 en el escenario más crítico a cambio de la introducción de errores numéricos.O objetivo deste trabalho é medir o impacto da aplicação de técnicas de computação aproximada em um estudo de caso da implementação de um medidor de dinâmica de tráfego de veículos em uma unidade computacional baseada em um sistema embarcado. O estudo começa a partir de uma implementação inicial do medidor feita em C++. Para a análise da aplicação, a implementação inicial é perfilada com um perfilador incorporado no próprio código, que exibe informações detalhadas sobre cada uma das partes. Durante a análise de consumo, foram encontradas peças otimizáveis com paralelismo em nível de thread e técnicas de computação aproximada, como o salto de quadros, que é uma técnica inspirada na perfuração de laço. A primeira otimização realizada foi a implementação multithread, que conseguiu acelerar a aplicação em 1,32 vezes sem introduzir erros nos resultados. Posteriormente, a implementação foi otimizada com o salto de quadros. Durante o desenvolvimento deste trabalho, mostra-se que modificar a dinâmica do número de salto de quadros em tempo de execução melhora consideravelmente o erro introduzido em comparação com a manutenção constante do número de salto de quadros. A combinação de ambas as otimizações resultou em uma implementação 1,76 vezes mais rápida, onde a aplicação da computação aproximada por meio do salto de quadros contribuiu com até 25% da melhoria total, acelerando o medidor de 8,7 quadros por segundo para 15 no cenário mais crítico, em troca da introdução de erros numéricos

Fortalecimiento del manejo y conservación de corales en Áreas Naturales Protegidas del Pacífico mexicano mediante una red colaborativa

Most of the coral communities of the Mexican Pacific Ocean are located in Natural Protected Areas (NPAs); nevertheless, they are in risk for climatic and anthropogenic threats. In order to promote the conservation of coral reefs in the Mexican Pacific Ocean, one has formed the Coral Conservation Network of the Mexican Pacific. The efforts of collaboration have focused on four principal axes a) strengthening of the management in NPAs, b) training and diffusion of good tourism practices, c) evaluation of the state of conservation of the coral reefs, and d) environmental sensitization. There has been achieved the publication and diffusion of the State of Conservation of the Corals of the Mexican Pacific, in which there are estimated the indicators of coral coverage, abundance and biomass of fish, abundance of invertebrates, and the calculation of the Integrated Index of Reef Health. These indicators reflect the management implemented in the ANPs, participants of these analyses; the utility of standardized protocols that allow comparisons in the time and between NPAs, as well as the need to carry out the monitoring, adapted to the region, and coherent with the capacities of the actors on each ANP. On the other hand, sensitization has been carried out on the importance and the threats towards the corals to persons of different sectors across campaigns of environmental sensitization that reached 5,000 students, as well as the distribution of 12,000 guides of the identification of species and good tourism practices in NPAs. These efforts have been important, nevertheless the creation and permanence of the Coral Conservation Network of the Mexican Pacific Ocean has been perhaps the most impactful achievement on management and conservation in the Region.La mayoría de las comunidades coralinas del Pacífico mexicano están ubicadas en Áreas Naturales Protegidas (ANPs); sin embargo, están en riesgo por amenazas climáticas y antropogénicas. Con el fin de promover la conservación de arrecifes de coral en el Pacífico mexicano, se ha formado la Red de Conservación de los Corales del Pacífico mexicano. Los esfuerzos de colaboración se han enfocado en cuatro ejes principales a) fortalecimiento del manejo de ANPs, b) capacitación y difusión de buenas prácticas turísticas, c) evaluación del estado de conservación de los sistemas arrecifales, y d) sensibilización ambiental. Se ha logrado la publicación y difusión del Estado de Conservación de los Corales del Pacífico mexicano, en el cual se estiman los indicadores de cobertura de coral, abundancia y biomasa de peces, abundancia de invertebrados y el cálculo del Índice Integrado de Salud Arrecifal. Estos indicadores reflejan las medidas de manejo en las ANPs que participaron, la utilidad de protocolos estandarizados que permiten realizar comparaciones en el tiempo y entre ANPs, así como la necesidad de llevar a cabo los monitoreos de forma adaptada a la región y congruente con las capacidades de los actores en cada ANP. Por otro lado, también se ha llevado a cabo la sensibilización sobre la importancia y las amenazas hacia los corales a personas de diferentes sectores, a través de campañas de sensibilización ambiental que han alcanzado 5,000 estudiantes, así como de la distribución de 12,000 guías de identificación de especies y buenas prácticas turísticas en ANPs. Estos esfuerzos han sido importantes, sin embargo la creación y permanencia de la Red de Conservación de los Corales del Pacífico mexicano ha sido quizás el mayor logro de manejo y conservación en la Región

Memoria del III Coloquio Internacional sobre Diversidad Cultural y Estudios Regionales

Del 05 al 07 de noviembre de 2014 se llevó a cabo en la Sede de Occidente de la Universidad de Costa Rica, el III Coloquio Internacional sobre Diversidad Cultural y Estudios Regionales, dicado a Julieta Dobles Izaguirre, Premio Nacional de Cultura Magón, 2013. Este III Coloquio Internacional fue organizado por el Centro de Investigaciones sobre Diversidad Cultural y Estudios Regionales (CIDICER), primer Centro de Investigaciones de una Sede Regional de la Universidad de Costa Rica. Se contó con personas investigacdoras nacionales e internacionales quienes presentaron sobre temas relacionados con la diversidad cultural y los estudios regionales.Universidad de Costa Rica/[836-B4-702]/UCR/Costa RicaUCR::Sedes Regionales::Sede de Occidente::Recinto San Ramón::Centro de Investigaciones sobre Diversidad Cultural y Estudios Regionales (CIDICER

¿Cómo se discute la violencia contra las mujeres en el espacio público digital?: divulgación de resultados investigación-docencia

Este documento presenta los resultados más relevantes de un proceso de investigación y docencia desarrollado en el marco de los cursos C-1103 Comunicación y Poder y C-1002 Comunicación Inclusiva de la Concentración en Comunicación Social de la Escuela de Ciencias de la Comunicación Colectiva durante el ciclo II-2020, en articulación con el Programa de Narrativas, Género y Comunicación del Centro de Investigación en Comunicación – CICOM-, de la Universidad de Costa Rica (UCR). El proyecto se planteó objetivos en tres ámbitos: el de la investigación, el de la enseñanza-aprendizaje y el de la política pública. En primer lugar, esta investigación responde al esfuerzo de articulación entre el CICOM y el Instituto Nacional de las Mujeres, INAMU, institución que coordina a las 22 instituciones que conforman el Sistema Nacional de prevención y atención de la violencia contra las mujeres e intrafamiliar (Ley 8688), encargado de implementar la Política Nacional para la atención y prevención de la violencia contra las mujeres de todas las edades, PLANOVI 2017-2032 y del cual la UCR es parte. Esta política, particularmente los ejes 1 y 2, centran su interés en la comunicación como vehículo fundamental para conseguir el cambio cultural y propiciar la erradicación de la violencia contra las mujeres y la promoción de las masculinidades no violentas. Para ello, se requiere diseñar e implementar una estrategia integrada de comunicación que exige, como punto de partida, determinar cuáles son los discursos sobre la violencia contra las mujeres que circulan en el espacio público costarricense en la actualidad. Con este documento, aspiramos a generar insumos que impacten en el diseño de dicha estrategia.Universidad de Costa Rica/[]/UCR/Costa RicaUCR::Vicerrectoría de Investigación::Unidades de Investigación::Ciencias Sociales::Centro de Investigación en Comunicación (CICOM

Gestión del conocimiento. Perspectiva multidisciplinaria. Volumen 7

El libro “Gestión del Conocimiento. Perspectiva Multidisciplinaria”, volumen 7, de la Colección Unión Global, es resultado de investigaciones. Los capítulos del libro, son resultados de investigaciones desarrolladas por sus autores. El libro es una publicación internacional, seriada, continua, arbitrada de acceso abierto a todas las áreas del conocimiento, que cuenta con el esfuerzo de investigadores de varios países del mundo, orientada a contribuir con procesos de gestión del conocimiento científico, tecnológico y humanístico que consoliden la transformación del conocimiento en diferentes escenarios, tanto organizacionales como universitarios, para el desarrollo de habilidades cognitivas del quehacer diario. La gestión del conocimiento es un camino para consolidar una plataforma en las empresas públicas o privadas, entidades educativas, organizaciones no gubernamentales, ya sea generando políticas para todas las jerarquías o un modelo de gestión para la administración, donde es fundamental articular el conocimiento, los trabajadores, directivos, el espacio de trabajo, hacia la creación de ambientes propicios para el desarrollo integral de las instituciones

Sequential code parallelization for multi-core embedded systems: A survey of models, algorithms and tools

Proyecto de Graduación (Maestría en Ingeniería en Electrónica) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Electrónica, 2014.In recent years the industry experienced a shift in the design and manufacture of processors. Multiple-core processors in one single chip started replacing the common used single-core processors. This design trend reached the develop of System-on-Chip, widely used in embedded systems, and turned them into powerful Multiprocessor System-onChip. These multi-core systems have presented not only an improvement in performance but also in energy efficiency. Millions of lines of code have been developed over the years, most of them using sequential programming languages such as C. Possible performance gains of legacy sequential code executed in multi-core systems is limited by the amount of parallelism that can be extracted and exploit from that code. For this reason, several tools have been developed to extract parallelism from sequential program and produce a parallel version of the original code. Nevertheless, most of these tools have been designed for high-performance computing systems rather than for embedded systems where multiple constraints must be considered, and a reduction in the execution time is not the only desirable objective. Due there is no definitive solution for parallelizing code, especially for multi-core embedded systems, this work aims to present a survey on some different aspects involved in parallelizing code such as models of code representation, code analysis, parallelism extraction algorithms, parallel programming. Also existing parallelizing tools are presented and compared. This work ends with a recommended list of important key aspects that should be consider when designing and developing a parallelizing compiler, automatic or semiautomatic, for multi-core embedded systems; and when using existing tools to use them

Critical steps in camera pose estimation: an evaluation using LTI-LIB2 library

An evaluation of camera pose estimation methods using a chessboard pattern is presented. Steps evaluated in the estimation process are landmark point detection and camera parameter estimation, due to their critical role in the entire process. The ChESS method and a custom heuristic method are compared for chessboard pattern detection.  Both methods are objectively contrasted using True Positive and False Negative criteria. Meanwhile, Zhang’s method for pose estimation based on planar surface point distribution is used as a first approach, and then refined with a nonlinear regression through the Levenberg-Marquardt algorithm. This pose estimation algorithm is evaluated through a comparison with a stable tool, such as the Camera Calibration Toolbox for Matlab®

Pasos críticos en la estimación de pose en cámara: una evaluación usando la biblioteca LTI-LIB2

An evaluation of camera pose estimation methods using a chessboard pattern is presented. Steps evaluated in the estimation process are landmark point detection and camera parameter estimation, due to their critical role in the entire process. The ChESS method and a custom heuristic method are compared for chessboard pattern detection.  Both methods are objectively contrasted using True Positive and False Negative criteria. Meanwhile, Zhang’s method for pose estimation based on planar surface point distribution is used as a first approach, and then refined with a nonlinear regression through the Levenberg-Marquardt algorithm. This pose estimation algorithm is evaluated through a comparison with a stable tool, such as the Camera Calibration Toolbox for Matlab®.En este artículo se presenta una evaluación de métodos de estimación de pose en cámara, usando un patrón de tablero de ajedrez. Los pasos evaluados en el proceso de estimación son la detección de puntos de interés y la estimación de parámetros de cámara, debido a su criticidad en el proceso como un todo. Se comparan el método ChESS y un método heurístico para la detección de patrones de tableros de ajedrez. Ambos métodos son objetivamente contras tados usando los criterios de Verdadero Positivo y Falso Negativo. Mientras tanto, el método de Zhang para estimación de pose en cámaras basado en distribuciones de puntos en superficies planas se usa como primera aproximación y luego es refinado por medio de una regresión no lineal usando el algoritmo de Levenberg-Marquardt. Este algoritmo de estimación de pose de cámara es evaluado por medio de una comparación con una herramienta estable, como lo es el paquete “Camera Calibration Toolbox” para Matlab®