Escuela de Doctorado

Fecha de lectura: 02/05/2024

• MATSUMURA, KAZUAKI: Advancing the state of the art of directive-based programming for GPUs: runtime and compilation
  
  Autor/a: MATSUMURA, KAZUAKI
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: ARQUITECTURA DE COMPUTADORES
  Departamento: (DAC)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 20/03/2024
  Fecha de lectura: 02/05/2024
  Hora de lectura: 11:00
  Lugar de lectura: Room E101 - Building C6 - Campus Nord - Barcelona - FIB
  Director/a de tesis: PEÑA MONFERRER, ANTONIO JOSE
  Tribunal:
       PRESIDENT: CASTELLÓ GIMENO, ADRIÁN
       SECRETARI: AYGUADÉ PARRA, EDUARD
       VOCAL: EL HAJJ, IZZAT
  Resumen de tesis: El rápido desarrollo de la tecnología informática ha allanado el camino para que los modelos de programación basados en directivas desempeñen un papel principal en el mantenimiento de la portabilidad del software de aplicaciones de rendimiento crítico. Los esfuerzos en tales modelos implican un costo de ingeniería mínimo para permitir la aceleración computacional en múltiples arquitecturas, mientras que a los programadores solo se les requiere agregar metainformación al código secuencial. Sin embargo, las optimizaciones para obtener la mejor eficiencia posible suelen ser un desafío. La inserción de directivas por parte del programador puede provocar efectos secundarios que limiten la posible optimización disponible del compilador, lo que podría provocar una degradación del rendimiento. Esto se agrava cuando se apunta a la ejecución asincrónica o a sistemas multi-GPU, ya que los pragmas no se adaptan automáticamente a tales mecanismos y requieren ajustes de código costosos y que requieren mucho tiempo por parte de los programadores. Además, los modelos de programación basados en directivas como OpenACC y OpenMP a menudo impiden que los programadores realicen optimizaciones adicionales para aprovechar las características arquitectónicas avanzadas de las GPU porque el cálculo real generado está oculto para el desarrollador de la aplicación.Esta disertación explora nuevas posibilidades para optimizar el código basado en directivas tanto desde la perspectiva del tiempo de ejecución como de la compilación. Primero, presentamos un marco de ejecución para OpenACC para facilitar el análisis y la compilación dinámicos. Especialmente, nuestro marco realiza una ejecución asincrónica automática y un uso de múltiples GPU según el estado de ejecución del kernel y la disponibilidad de datos, mientras aprovecha un mecanismo sobre la marcha para la compilación y optimización del programa. Agregamos un método versátil de traducción de código para la utilización de múltiples dispositivos mediante el cual las aplicaciones optimizadas manualmente se pueden distribuir automáticamente manteniendo la estructura y el paralelismo del código original. En segundo lugar, implementamos una novedosa técnica de optimización flexible que opera insertando una fase de emulador de código al final del proceso de compilación. Nuestra herramienta emula el código generado mediante análisis simbólico al sustituir información dinámica y así permitir que se apliquen más optimizaciones de código de bajo nivel. Implementamos nuestra herramienta para admitir las directivas CUDA y OpenACC como interfaz del proceso de compilación, lo que permite optimizaciones de GPU de bajo nivel para OpenACC que antes no eran posibles. En tercer lugar, proponemos el uso de una técnica de optimización moderna, la saturación de igualdad, para optimizar el código secuencial utilizado en la programación basada en directivas para GPU. Nuestro enfoque logra menos computación, menos acceso a la memoria y un alto rendimiento de la memoria simultáneamente. Nuestro marco totalmente automatizado construye la forma SSA a partir de entradas que se reescribirán por completo manteniendo las dependencias y extrayendo casos óptimos. En general, cubrimos técnicas de tiempo de ejecución y métodos de optimización basados en información dinámica, operaciones de bajo nivel y oportunidades a nivel de usuario.
  

Fecha de lectura: 03/05/2024

• AVTZI, STYLIANI: Hybrid diffuse optics methods to assess the emergence of dementia in older adults
  
  Autor/a: AVTZI, STYLIANI
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 25/01/2024
  Fecha de lectura: 03/05/2024
  Hora de lectura: 10:00
  Lugar de lectura: ICFO, Mediterranean Technology Park, Avinguda Carl Friedrich Gauss, 3, 08860 Castelldefels, Barcelona
  Director/a de tesis: DURDURAN, TURGUT
  Tribunal:
       PRESIDENT: BUSQUETS FACIABÉN, ALBERT
       SECRETARI: ARTIGAS GARCIA, DAVID
       VOCAL: ARMENDOLA, CATERINA
  Resumen de tesis: Els dispositius òptics difusos híbrids ofereixen un mètode no invasiu, continu i cost-eficaç per monitorar el flux sanguini cerebral i el metabolisme en l'ús al llit i aplicacions de simulació realista. La incorporació de l'espectroscòpia de correlació difusa (DCS) i l'espectroscòpia d'infraroigs pròxims (NIRS) en aquests dispositius amplia la seva versatilitat. Aquest projecte de doctorat es va centrar en l'ús de l'òptica difusa per avaluar l'activitat cerebral durant proves funcionals i d'estrès en poblacions adultes grans.L'envelliment és el principal factor de risc per a diverses condicions cerebrals com l'ictus, trastorns cognitius i problemes de mobilitat. A mesura que la població envelleix, aquestes patologies relacionades amb l'edat es converteixen en una càrrega social i econòmica significativa. La suposició subjacent és que els danys microvasculars i els canvis en la regulació del flux sanguini cerebral contribueixen significativament a un major risc de malalties cerebrovasculars,trastorns cognitius i de mobilitat. Això subratlla la importància de crear un sistema de monitoratge àmpliament accessible i protocols associats capaços de detectar aquests canvis de manera precoç,amb la finalitat de conduir a intervencions personalitzades. Es van realitzar dos estudis multidisciplinaris durant els meus estudis de doctorat per identificar alteracions en els paràmetres hemodinàmics de persones adultes grans en resposta a patologies existents.El flux sanguini cerebral (CBF) microvascular en una cohorte de persones adultes més joves i majors de 65 anys amb i sense deteriorament cognitiu lleu (MCI),amb una salut general bona, va ser monitorat durant proves funcionals i d'estrès. Es va observar que el CBF de les persones adultes majors amb MCI no podia recuperar-se a les condicions inicials comparat amb els participants més joves,indicant possibles problemes d'autoregulació i vasoreactivitat. Les mesures de CBF durant tasques cognitives funcionals van revelar diferències de gènere. Per a una prova determinada,els participants amb MCI van presentar una resposta estadísticament més alta que els subjectes normocognitius (NC).La combinació d'aquests resultats afavorix la "hipòtesi d'ineficiència" que suggereix que les persones adultes majors activen les xarxes cerebrals com els individus NC per fer front a les demandes conductuals, però amb una activitat augmentada.Es va desenvolupar un nou dispositiu òptic difús híbrid que combina un DCS ràpid fet a mida amb un dispositiu NIRS comercial juntament amb dispositius externs per a enregistraments de senyals fisiològics en el segon estudi. El projecte tenia com a objectiu mesurar els canvis en la hemodinàmica cerebral en persones adultes grans amb el Síndrome de Risc Motor (MCR) durant protocols de tasques cognitives i motoras funcionals per avaluar l'impacte pre-post a 3 i 6 mesos de l'exercici físic sol o combinat amb estimulació transcranial de corrent continu. Els resultats van revelar un CBF més alt, però no respostes d'oxi-hemoglobina (HbO2) en tasques dobles comparat amb les simples. No hi va haver diferències entre grups a la línia de base i als 3 mesos, però es van observar respostes estadísticament diferents en el CBF als 6 mesos per ambdós grups d'intervenció comparat amb el grup de control, però no en les respostes de HbO2 o Hb,indicant que la intervenció afecta la resposta de CBF,possiblement a causa de millores en la salut vascular,destacant la importància de l'activitat física i l'estimulació transcranial en el manteniment de la salut vascular.Una part de la meva recerca es va centrar en el desenvolupament de nous algoritmes per descontaminar les dades mesurades del senyal extracerebral per desenvolupar un model òptim per minimitzar l'efecte per ambdós estudis.aquest estudi demostra la capacitat de l'òptica híbrida per capturar les respostes hemodinàmiques evocades a l'escorça prefrontal i ofereix info
  

• NESTOROV, ANNA MARIA: Optimizing serverless architectures for data-intensive analytics workloads
  
  Autor/a: NESTOROV, ANNA MARIA
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: ARQUITECTURA DE COMPUTADORES
  Departamento: (DAC)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 25/03/2024
  Fecha de lectura: 03/05/2024
  Hora de lectura: 10:00
  Lugar de lectura: Sala C6-E101 - Facultat d'Informàtica de Barcelona (FIB)
  Director/a de tesis: CARRERA PÉREZ, DAVID | BERRAL GARCÍA, JOSEP LLUÍS
  Tribunal:
       PRESIDENT: SANCHEZ ARTIGAS, MARC
       SECRETARI: GUITART FERNANDEZ, JORDI
       VOCAL: TAHERKORDI, AMIRHOSEIN
  Resumen de tesis: Recientemente, la computación sin servidor ha captado la atención de la academia y la industria debido a su aprovisionamiento de recursos bajo demanda, permitiendo a los usuarios enfocarse únicamente en la lógica central de sus negocios al descomponer tareas en pequeñas funciones sin estado.La sin servidor ofrece beneficios como un modelo de costo 'pago por uso', mayor flexibilidad y auto-escalado transparente de recursos elásticos.Los investigadores están explorando cada vez más el potencial de la computación sin servidor en análisis complejos e intensivos en datos. Estas tareas, que requieren muchos recursos y son altamente paralelas, involucran una comunicación significativa entre funciones. Sin embargo, este cambio presenta desafíos, requiriendo alineación con las necesidades y limitaciones específicas de tales aplicaciones.Esta tesis muestra que es posible ejecutar eficientemente cargas de trabajo modernas de análisis intensivo en datos, tradicionalmente implementadas en clústeres en la nube gestionados, dentro de entornos de computación sin servidor utilizando comunicación directa entre funciones y políticas optimizadas de asignación de recursos eficientes en rendimiento-costo. Para demostrar esta tesis, primero construimos un modelo de rendimiento para cargas de trabajo sin servidor, considerando el intercambio de datos, el volumen y las tecnologías de comunicación. El modelo, con un error relativo del 5.52%, evalúa el rendimiento de una carga de trabajo representativa en sin servidor, analizando la granularidad y concurrencia de tareas, la localidad de los datos, la asignación de recursos y las políticas de programación. Nuestros resultados indican que el rendimiento de las cargas de trabajo de análisis intensivo en datos puede ser hasta 4.32x más rápido dependiendo de cómo se implementen. Luego presentamos Floki, un sistema de envío de datos que aborda el cuello de botella del almacenamiento centralizado. Habilita la comunicación directa entre pares de funciones productor-consumidor utilizando métodos de comunicación de tamaño fijo, permitiendo una transferencia de datos transparente y reduciendo la copia de datos de red. Este enfoque orientado al flujo de trabajo mejora el rendimiento y minimiza los requisitos de recursos sin restringir la ubicación de funciones. Nuestra evaluación experimental, realizada en los patrones de comunicación principales en sistemas distribuidos, muestra que Floki reduce el tiempo de extremo a extremo hasta 74.95x, disminuyendo el tiempo de intercambio de datos más extenso de 12.55 a 4.33 minutos, ahorrando casi dos tercios del tiempo. Además, Floki logra hasta 50,738x de ahorro de recursos, equivalente a una asignación de memoria de aproximadamente 1.9MB en lugar de una asignación de almacenamiento de objetos de 96GB.Finalmente, investigamos cómo lograr una utilización eficiente de recursos en entornos modernos sin servidor y proponemos Dexter, un nuevo gestor de asignación de recursos, aprovechando la elasticidad de la computación sin servidor. Dexter monitorea continuamente la ejecución de la aplicación, asignando recursos de manera dinámica a un nivel fino combinando estrategias predictivas y reactivas para garantizar la eficiencia en rendimiento-costo (optimizando el costo total de tiempo de ejecución). A diferencia de los modelos de Machine Learning (ML) de caja negra, Dexter alcanza una solución lo suficientemente buena, priorizando la simplicidad, generalidad y facilidad de comprensión. La evaluación experimental demuestra que nuestra solución logra una reducción significativa de costos de hasta 4.65x, al tiempo que mejora la eficiencia de recursos hasta 3.50x, en comparación con la asignación de recursos predeterminada de Spark sin servidor. Dexter también permite hasta 5.71x de ahorros de recursos. Dexter es una solución robusta para cargas de trabajo nuevas, logrando hasta 2.72x más eficiencia en rendimiento-cos
  

Fecha de lectura: 06/05/2024

• BAS CALOPA, PAU: Partial discharges in low-pressure atmosphere: an experimental approach to improving electrical protection
  
  Autor/a: BAS CALOPA, PAU
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: INGENIERÍA ELÉCTRICA
  Departamento: (DEE)
  Modalidad: Compendio de publicaciones
  Fecha de depósito: 21/03/2024
  Fecha de lectura: 06/05/2024
  Hora de lectura: 11:00
  Lugar de lectura: Edifici TR5, sala conferències, ESEIAAT-UPC
  Director/a de tesis: RIBA RUIZ, JORDI ROGER | MORENO EGUILAZ, JUAN MANUEL
  Tribunal:
       PRESIDENT: MONTAÑA PUIG, JUAN
       SECRETARI: ABOMAILEK RUBIO, BASEL CARLOS
       VOCAL: URRESTY BETANCOURT, JULIO CÉSAR
  Resumen de tesis: Aquesta tesi contribueix al camp de les descàrregues parcials en ambients de baixa pressió, amb l'objectiu de millorar la protecció dels sistemes d'interconnexió de cables elèctrics (EWIS) en aplicacions aeroespacials. S'han dut a terme una sèrie d'estudis experimentals per avaluar el potencial de les descàrregues superficials i corona com a indicadors de la degradació de l'aïllament elèctric. Amb aquesta finalitat, s'ha examinat la influència de variables com la pressió, la variació dinàmica de pressió, la freqüència i la geometria en el comportament de les descàrregues de corona. A més, s'ha investigat i comparat el rendiment de diversos sensors, incloent sensors d'imatge CMOS, sensors UV fotoelèctrics i càmeres acústiques, en la detecció de descàrregues de corona. Addicionalment, mitjançant l'ús de tècniques de processament d'imatges RGB, aquesta tesi presenta un mètode nou per a la quantificació de les descàrregues de corona. Aquest mètode ha permès estudiar la correlació entre la intensitat lluminosa de les descàrregues elèctriques i l'energia elèctrica dissipada, amb un enfoc particular en com la variació de pressió i freqüència impacta en aquesta relació. També s'ha explorat la viabilitat d'utilitzar les descàrregues superficials i corona com a indicador de la degradació de l'aïllament dels cables, proporcionant coneixement fonamental per al desenvolupament futur d'eines de protecció elèctrica destinades al manteniment predictiu. Les troballes d'aquesta recerca contribueixen al progrés de les estratègies de manteniment predictiu, oferint potencial per a la detecció de fallades en l'aïllament, millorant així la seguretat i la fiabilitat dels sistemes elèctrics aeroespacials.
  

• JOHANSSON, LINH HA HUONG LOVISA: 3D-printed biomimetic bone grafts: Clinical validation and improvement strategies
  
  Autor/a: JOHANSSON, LINH HA HUONG LOVISA
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES
  Departamento: (CEM)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 26/03/2024
  Fecha de lectura: 06/05/2024
  Hora de lectura: 10:00
  Lugar de lectura: EEBE (Escola d'Enginyeria Barcelona Est), Aula A0.02, Edifici A, planta 0, Campus Diagonal-Besòs.
  Director/a de tesis: GINEBRA MOLINS, MARIA PAU | RAYMOND LLORENS, SANTIAGO
  Tribunal:
       PRESIDENT: MONTERO MARTÍN, JAVIER
       SECRETARI: DÍEZ ESCUDERO, ANNA
       VOCAL: OLDE DAMINK, LEON
  Resumen de tesis: Los defectos óseos suponen una carga asistencial y un gasto socioeconómico importante y, por eso, existe una necesidad de desarrollar nuevas estrategias de injerto óseo que tengan en cuenta las propiedades fisicoquímicas del hueso autólogo, para conseguir tratar los defectos óseos de una manera más eficaz. Los autoinjertos se consideran el estándar de referencia debido a su excelente comportamiento biológico. No obstante, presentan graves inconvenientes, requerido de una cirugía adicional para su obtención. Por este motivo, las comunidades industrial y científica se han centrado en el desarrollo de injertos óseos sintéticos, aprovechando su capacidad de control químico, estructural y geométrico. La presente tesis doctoral se centra en el desarrollo de injertos óseos biomiméticos y personalizados, incluyendo la validación clínica y el desarrollo de nuevas formulaciones de materiales con comportamiento mecánico mejorado. En el capítulo 1 se presenta el estado del arte en el campo de la regeneración ósea y los materiales utilizados como sustitutos óseos, enfatizando la necesidad de injertos óseos sintéticos personalizados innovadores.Este capítulo describe las técnicas de fabricación aditiva y los cerámicos frecuentemente empleados en la ingeniería de tejido óseo y sus estrategias de consolidación. Se presenta su transferencia al mundo clínico, haciendo hincapié en el fosfato de cálcico y MimetikOss® 3D. El capítulo 2 se centra en evaluar el comportamiento clínico del injerto óseo cerámico personalizado MimetikOss® 3D en un aumento vestibular horizontal. Los injertos óseos impresos en 3D permiten un ajuste perfecto en el lecho quirúrgico sin necesidad de fresado adicional, lo que reduce el tiempo de la cirugía en comparación con otras técnicas de reconstrucción ósea (regeneración ósea guiada, bloques estándar). El injerto óseo está completamente osteointegrado y sus macroporos son colonizados por hueso 10 meses después de la cirugía sin signos de encapsulación. Se logra una ganancia ósea estable que resulta en una restauración completa del grosor original de la cresta ósea. Los implantes dentales se mantienen estables 1 año después, lo que demuestra la relevancia clínica de estos injertos óseos en los aumentos óseos vestibulares. En el capítulo 3 se estudian diferentes maneras de incorporar PLGA, como ligante o como recubrimiento, a los andamios auto fraguados impresos en 3D, aprovechando su endurecimiento a baja temperatura, para mejorar su rendimiento mecánico. La adición de PLGA mejora la tenacidad de los andamios (con un aumento de x2.6 y x4.2 en la flexión para el PLGA como ligante y como recubrimiento, respectivamente; y una mejora de x8 y x1.6 en compresión, respectivamente), preservando la viabilidad celular in vitro de MimetikOss® 3D (con células MG-63 y hMSC). La configuración con PLGA como ligante es la mejor opción por lo que respecta a la mejora en el rendimiento mecánico y la diferenciación osteogénica (aumento de x2 de expresión génica de ALPL). Las pruebas de atornillabilidad demuestran que las propiedades mecánicas mejoradas aumentan la capacidad de fijación de los andamios en una indicación de fijación compleja en mandíbula. En el capítulo 4 se analiza el impacto, las limitaciones y los desafíos de los injertos óseos biomiméticos impresos en 3D y la transferencia al mercado la nueva tecnología. Se demuestra que los avances realizados en esta tesis doctoral pueden tener un impacto positivo en términos de costo, tiempo y rendimiento de las futuras soluciones de injertos óseos. Esto ayudará a tratar defectos óseos grandes y complejos de una manera que beneficie tanto al médico como al paciente y fomente una atención sanitaria sostenible basada en biomateriales sintéticos y en medicina personalizada. Esta tecnología ha sido protegida por una solicitud de patente, sin embargo, aún queda trabajo por hacer antes de que p