Escuela de Doctorado

Fecha de lectura: 27/09/2024

• CIRAUQUI GARCÍA, DAVID: Optimization with spin glass models
  
  Autor/a: CIRAUQUI GARCÍA, DAVID
  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: 20/06/2024
  Fecha de lectura: 27/09/2024
  Hora de lectura: 10:30
  Lugar de lectura: ICFO, Mediterranean Technology Park, Avinguda Carl Friedrich Gauss, 3, 08860 Castelldefels, Barcelona
  Director/a de tesis: LEWENSTEIN, MACIEJ | MARTÍNEZ SAAVEDRA, JOSÉ RAMÓN | RYSZARD GRZYBOWSKI, PRZEMYSLAW
  Tribunal:
       PRESIDENT: MAZZANTI CASTRILLEJO, FERNANDO PABLO
       SECRETARI: PRUNERI, VALERIO
       VOCAL: DELLANTONIO, LUCA
  Resumen de tesis: Amb aplicacions en gairebé tots els aspectes de les nostres vides, els problemes d’optimització són omnipresents en un rang molt ample de camps pertanyents tant a la recerca científica com als ambients industrials. Com a tals, aquests problemes estan creixent en mida i en complexitat a un ritme accelerat, i no s’espera que deixin de fer-ho. Així doncs, la urgència per obtenir mètodes capaços de trobar solucions més òptimes en menys temps no para de créixer i, mentre que el desenvolupament de les tecnologies de computació quàntica capaces d’afrontar aquests problemes avança sense pausa, ho fa a un ritme massa lent per als reptes que les necessitats de la societat actual representen. Conseqüentment, actualment una gran quantitat d’esforços està essent invertida en millorar els mètodes de resolució clàssics i les plataformes específicament dissenyades per a executar-los, per tal de poder resoldre problemes d’optimització de grandàries suficientment rellevants. La present tesi està emmarcada en aquest paradigma: s’estudien tècniques d’optimització clàssiques des de diferents perspectives, amb l’objectiu d’incrementar-ne la seva eficiència.Amb aquesta finalitat, en primer lloc ens endinsem en qüestions relacionades amb les propietats físiques dels sistemes que permeten formular problemes d’optimització rellevants des del punt de vista industrial en un llenguatge matemàtic convenient: els cristalls de spín amb acoblaments fixes. Entendre’n les seves propietats és de màxima importància per a un disseny apropiat dels procediments de refredament utilitzats en els algoritmes d’optimització basats en la simulació de processos tèrmics. Seguidament s’estudia l’impacte que les correlacions ocultes en les seqüències de nombres pseudoaleatoris utilitzats en aquestes simulacions tenen en els seus resultats, comparant simulacions que utilitzen generadors pseudoaleatoris de diverses qualitats i un generador de nombres aleatoris quàntic. Per finalitzar, s’investiguen nous mecanismes, inspirats en processos de caràcter quàntic, de millorar la forma en què els algoritmes clàssics naveguen els perfils d’energia dels cristalls d’espín, amb la finalitat d’evitar que les simulacions quedin atrapades en mínims d’energia locals i així obtenint solucions més òptimes.
  

• JAMET, ALEXANDRE VALENTIN: Interaction between computer architecture and artificial intelligence
  
  Autor/a: JAMET, ALEXANDRE VALENTIN
  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: Departamento de Arquitectura de Computadores (DAC)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 19/07/2024
  Fecha de lectura: 27/09/2024
  Hora de lectura: 09:30
  Lugar de lectura: Defensa pública a la Sala E101 - Edifici C6 (FIB) - Campus Nord - Barcelona
  Director/a de tesis: ÁLVAREZ MARTÍ, LLUC | CASAS GUIX, MARC
  Tribunal:
       PRESIDENT: ROS BARDISA, ALBERTO
       SECRETARI: CANAL CORRETGER, RAMON
       VOCAL: PERAIS, ARTHUR
  Resumen de tesis: Desde sus inicios con los primeros sistemas informáticos, la arquitectura de computadoras ha experimentado muchas revoluciones y numerosas innovaciones tecnológicas. Sin embargo, la Pared de Memoria ha sido un desafío persistente. Para abordar este desafío, se han ideado técnicas de tolerancia a la latencia como la jerarquía de caché, políticas de reemplazo de caché, prefetching de hardware y predicción fuera del chip. La jerarquía de caché usa memorias intermedias para almacenar datos frecuentemente accedidos cerca del procesador, reduciendo las latencias de acceso a la memoria. Las políticas de reemplazo de caché determinan qué bloques de datos almacenar o eliminar basándose en predicciones de reutilización futura. El prefetching de hardware trae proactivamente bloques de datos a la caché. La predicción fuera del chip predice si una solicitud de carga requerirá acceso a DRAM, permitiendo la búsqueda especulativa de datos desde la DRAM para ocultar latencias de acceso a la memoria. Esta tesis aborda los desafíos de la gestión de caché y la optimización del acceso a la memoria en arquitecturas de computadoras modernas, enfocándose en mejorar el rendimiento y la eficiencia energética en diversas cargas de trabajo. Presenta tres contribuciones principales. La primera contribución evalúa la efectividad de las políticas contemporáneas de reemplazo de la Última Nivel de Caché (LLC) en diversas cargas de trabajo, incluyendo procesamiento de gráficos, aplicaciones científicas e industriales, así como suites de evaluación estándar como SPEC CPU 2006 y SPEC CPU 2017. A pesar de mostrar mejoras de rendimiento notables en pruebas convencionales, estas políticas de reemplazo de LLC existentes a menudo fallan en capturar los patrones de acceso de las cargas de trabajo modernas de Computación de Alto Rendimiento (HPC) y grandes datos. En respuesta, se introducen dos nuevas políticas de reemplazo de LLC, Multi-Sampler Multiperspectiva (MS-MPPPB) y Multiperspectiva con Selector de Características Dinámicas (DS-MPPPB), demostrando una eficacia superior en una amplia gama de cargas de trabajo, especialmente en aplicaciones de HPC y grandes datos. La segunda contribución mejora los patrones de acceso a la memoria para cargas de trabajo de procesamiento de gráficos, conocidas por sus patrones de acceso irregulares y localización de datos subóptima. Esta contribución se centra en el primer nivel de la jerarquía de caché, ya que la mayoría de fallos de L1D requieren acceso a DRAM. Introduciendo el innovador Predictor Grande (LP), se busca discernir entre accesos a memoria regulares e irregulares, canalizando los accesos irregulares eficientemente a través de una Caché de Datos Laterales (SDC). Con LP y SDC, se logran mejoras de rendimiento notables, superando las jerarquías de caché convencionales. La tercera contribución presenta el predictor de Dos Niveles Perceptrón (TLP), un enfoque que integra la predicción fuera del chip con el filtrado de prefetching adaptativo dentro del caché de datos de primer nivel (L1D). Con una estructura de dos capas compuesta por el Primer Nivel Predictor (FLP) y el Segundo Nivel Predictor (SLP), TLP mitiga efectivamente las transacciones de DRAM mientras mejora el rendimiento general en cargas de trabajo de un solo núcleo y de múltiples núcleos. Colectivamente, estas contribuciones avanzan el estado del arte en la gestión de caché y la optimización del acceso a la memoria, mejorando el rendimiento y la eficiencia energética de las arquitecturas de computadoras modernas en diversas cargas de trabajo.
  

• MORAGA GONZÁLEZ, GRECO ALONSO: Contribution to the structural modal behaviour of reaction hydraulic turbines
  
  Autor/a: MORAGA GONZÁLEZ, GRECO ALONSO
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  Programa: INGENIERÍA MECÁNICA, FLUIDOS Y AERONÁUTICA
  Departamento: Departamento de Mecánica de Fluidos (MF)
  Modalidad: Compendio de publicaciones
  Fecha de depósito: 11/07/2024
  Fecha de lectura: 27/09/2024
  Hora de lectura: 11:00
  Lugar de lectura: Aula L-LS4 de la ETSEIB
  Director/a de tesis: PRESAS BATLLÓ, ALEXANDRE
  Tribunal:
       PRESIDENT: HOUDE, SEBASTIEN
       SECRETARI: VALENTIN RUIZ, DAVID
       VOCAL: ALVAREZ ALVAREZ, EDUARDO
  Resumen de tesis: Los desafíos ambientales actuales han impulsado la importancia de las energías renovables al rededor del mundo. Por ende, las plantas de generación solar y eólica, sobre todo, se han popularizado e integrado cada vez más a la red eléctrica. Aunque estas plantas han aumentado la capacidad de generación a nivel mundial, su naturaleza intermitente ha generado la necesidad de mecanismos reguladores que permitan mantener un suministro de energía constante a la red. En este ámbito, las plantas hidroeléctricas han desempeñado un papel crucial en la regulación de la energía total que se suministra a la red eléctrica. Gracias a su rápida respuesta y su capacidad para trabajar en un rango de operación extendido, las turbinas hidráulicas se han utilizado para generar y almacenar energía disponible (como en el caso de las centrales reversibles) en función de la demanda energética. Para regular la energía que necesita la red, las unidades deben operar fuera de condiciones de diseño y pasar por frecuentes ciclos de arranques y paradas. Así, las máquinas se someten a intensas pulsaciones de presión debido a inestabilidades hidráulicas transitorias y excitaciones periódicas como las interacciones rotor-estator. Esto puede provocar resonancias en estructuras críticas de la turbina, como el rodete, resultando en fallas mecánicas causadas por fatiga estructural. Para evitar estos problemas, es de suma importancia el tener un conocimiento preciso del comportamiento modal de estas estructuras. Sin embargo, esto implica el análisis de fenómenos complejos, como la influencia de fluidos pesados y viscosos, condiciones de contorno y características estructurales sobre los parámetros modales de la estructura y enfrentar los desafíos propios del análisis. En esta tesis, el comportamiento modal estructural de turbinas hidráulicas de reacción es estudiado mediante el análisis de parámetros modales de estructuras simples y rodetes de prototipos reales. Primero, se examina la influencia de la amplitud de vibración y el confinamiento en el amortiguamiento de un rodete en resonancia. Para esto, se realiza un análisis experimental y teórico de la influencia de la amplitud de vibración en el amortiguamiento añadido por el fluido en un disco sumergido en presencia de una pared rígida cercana. Se da una explicación y formulación analítica para el complejo mecanismo de disipación de energía. En segundo lugar, se caracterizan los modos propios de rodetes con palas similares a turbinas Kaplan. Este estudio incluye un análisis numérico y experimental de los modos propios de rodetes, considerando discos simples y con palas. Luego, se examina la relación entre las características de los modos propios globales y el número de palas de la estructura. Finalmente, se contrastan los resultados numéricos del disco con palas con resultados experimentales de un rodete. Tanto modos propios globales como locales del rodete son discutidos. Por último, se analiza un caso real de una turbina en funcionamiento. En este caso, la turbina presentaba fuertes vibraciones y ruido durante su puesta en marcha. Para este estudio, se analizan las frecuencias y modos propios de la máquina experimentalmente y numéricamente. Para determinar el origen del problema, también se realiza un análisis de transmisibilidad a diferentes putos de la máquina. Finalmente, se efectúan pruebas en operación para identificar el punto en el que aumentan los niveles de vibración y ruido. La efectividad de la estrategia de medición propuesta, junto con la importancia de las técnicas de medición utilizadas, como el test de transmisibilidad, se demuestra a través de un caso real. Se encuentra la causa del problema y se propone e implementa una solución. La presente tesis se basa en tres trabajos publicados durante su periodo de desarrollo, en revistas científicas indexadas en el primer y segundo cuartil del JCR. Los detalles de estos artículos se explican a lo largo de la tesis y se adjuntan al final de esta.
  

• ORTEGA DONOSO, SARA ISABEL: Luz y aprendizaje dentro de los espacios educativos. Aproximaciones desde el color.
  
  Autor/a: ORTEGA DONOSO, SARA ISABEL
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: TECNOLOGÍA DE LA ARQUITECTURA, DE LA EDIFICACIÓN Y DEL URBANISMO
  Departamento: Departamento de Tecnología de la Arquitectura (TA)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 01/07/2024
  Fecha de lectura: 27/09/2024
  Hora de lectura: 11:00
  Lugar de lectura: Sala de Graus ETSAB. Planta Baixa (E.T.S. Arquitectura de Barcelona)Presencialment
  Director/a de tesis: MUROS ALCOJOR, ADRIAN | BAUTISTA PEREZ, GUILLERMO
  Tribunal:
       PRESIDENT: ESCOFET ROIG, ANNA MARIA
       SECRETARI: DAUMAL DOMENECH, FRANCESC DE PAULA
       VOCAL: HIGUERA TRUJILLO, JUAN LUIS
  Resumen de tesis: Vivimos en un entorno visualmente demandante.La mayoría de nuestros estímulos cognitivos provienen de la percepción visual. En este entorno de dependencia generalizada del sentido de la vista, el estudio del vínculo entre la luz artificial y las tareas cognitivas es clave para llegar a interactuar con nuestra memoria y atención cada vez más acostumbradas a entornos dinámicos.El objetivo de esta investigación es hacer un análisis de las disciplinas que más pueden condicionar el aprendizaje: Ciencias cognitivas, arquitectura y educación para: En primera instancia, analizar cómo pueden influir algunos de los parámetros de la luz en el aprendizaje prestando especial atención a la incidencia de la luz en la en la percepción y la atención humanas y en como estas condicionan la memoria. Después, analizar las metodologías docentes innovadoras y como se han incluido las tecnologías de comunicación y aprendizaje en el aula. Y, por último, analizar cuál ha sido la evolución de los espacios educativos a través del estudio de casos de colegios de todo el mundo a lo largo de las últimas décadas profundizando en las maneras en que se han incorporado las tecnologías de iluminación y control según las necesidades de los métodos educativos dentro del aula.Del análisis de las implicaciones de la luz en la atención y la memoria obtendremos las posibilidades que nos ofrece trabajar distintos parámetros de luz en el aula; del análisis de las metodologías docentes obtendremos las necesidades reales del aula actual; y del análisis de los casos de estudio obtendremos capacidad de innovación en el aula con nuevas estrategias de iluminación.El cruce de estas tres disciplinas origina tres usos alternativos de la iluminación en espacios educativos que se someten a un análisis experimental comparando el desempeño en una tarea en las escenas propuestas con el desempeño en condiciones de luz tradicionales para concluir nuevas soluciones en el aula y futuras líneas de investigación.Se ha utilizado una metodología de revisión narrativa amplia para los casos de estudio que permite dar una visión general de la problemática de adaptación de la iluminación al uso y al usuario dentro de los centros escolares. Para ello se han revisado fuentes publicadas en revistas de arquitectura y ejemplos significativos con espacios educativos que desarrollan metodologías docentes innovadoras y se han establecido criterios de análisis de iluminación natural y artificial considerados a lo largo de estos casos.Se ha utilizado una metodología experimental que analiza la incidencia de tres propuestas de iluminación alternativas basadas en situaciones no consideradas hasta el momento. En los tres casos se consideran un grupo de control y grupo de estudio de dos colegios públicos de la provincia de Barcelona. Estas propuestas nacen de la observación de una falta de consideración de un parámetro de la luz importante en la transmisión de información de un entorno visual, el color.Finalmente, los resultados reflejan la necesidad de adaptar y flexibilizar las aulas según las distintas necesidades de aprendizaje dentro del aula y la posibilidad de hacerlo con propuestas no consideradas hasta el momento de parámetros de color y dinamismo.
  

Fecha de lectura: 01/10/2024

• ALI, OMAR SHAABAN IBRAHIM: Optimization techniques for distributed task-based programming models
  
  Autor/a: ALI, OMAR SHAABAN IBRAHIM
  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: Departamento de Arquitectura de Computadores (DAC)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 18/07/2024
  Fecha de lectura: 01/10/2024
  Hora de lectura: 14:00
  Lugar de lectura: Defensa pública a la Sala E101 - Edifici C6 (FIB) - Campus Nord - Barcelona
  Director/a de tesis: CARPENTER, PAUL MATTHEW
  Tribunal:
       PRESIDENT: BULL, JONATHAN MARK
       SECRETARI: JIMENEZ GONZALEZ, DANIEL
       VOCAL: ARAUJO, GUIDO
  Resumen de tesis: En HPC, los modelos basados en tareas han ganado prominencia adoptando OpenMP como un modelo de alto rendimiento, productivo, asincrónico y agnóstico respecto a la plataforma dentro del nodo. Un programa se expresa como un Grafo Acíclico Dirigido (DAG), cuyos vértices son unidades de código llamadas tareas. Los arcos entre las tareas representan dependencias entre ellas, y las tareas sin relaciones lógicas pueden ejecutarse concurrentemente. El grafo de tareas es independiente de la arquitectura de la plataforma objetivo, haciendo estos modelos adecuados para la ejecución concurrente en una amplia gama de plataformas, incluyendo multiprocesadores y aceleradores.Diversas iniciativas están explorando enfoques de tareas distribuidas, que utilizan el modelo de tarea para descomponer la aplicación en varios nodos con memoria distribuida. La ventaja de este enfoque es que permite expresar la aplicación de manera simple y clara, reflejando únicamente los cálculos y las dependencias. Desafortunadamente, las implementaciones actuales de tareas distribuidas sufren de baja eficiencia y escalabilidad, lo que dificulta su adopción por parte de la comunidad de HPC. Esto se debe principalmente al alto costo de creación de tareas y a la construcción del grafo de dependencias, que generalmente son secuenciales. Esta tesis propone dos técnicas para solucionar este problema.Nuestra primera propuesta se centra en la anidación de tareas, que atenúa el cuello de botella secuencial mediante la construcción paralela del grafo completo de dependencias usando múltiples tareas maestras que se ejecutan concurrentemente. Una limitación clave de la anidación de tareas es que no se puede crear una tarea hasta que se conozcan todos los accesos de memoria de la misma y de sus descendientes. Los enfoques actuales para resolver esta limitación detienen la creación y ejecución de tareas utilizando una barrera explícita (taskwait) o sustituyendo las dependencias con accesos artificiales llamados centinelas. Proponemos la cláusula auto, que indica que la tarea puede crear subtareas que accedan a regiones de memoria no especificadas, o puede asignar y devolver memoria en direcciones aún desconocidas. A diferencia de una barrera explícita (taskwait), nuestro enfoque no impide la creación y ejecución concurrente de tareas, manteniendo el paralelismo y permitiendo al programador optimizar el balance de carga y la localización de datos. Además, todas las tareas pueden tener una especificación precisa de sus propios accesos a datos, a diferencia de los centinelas, resultando en un mecanismo unificado que gobierna el orden de las tareas, las transferencias de datos del programa en memoria distribuida y la optimización de la localización de datos, por ejemplo en sistemas NUMA. Así, la cláusula auto proporciona un camino incremental para el desarrollo de programas de tareas anidadas, eliminando la necesidad de que cada tarea padre tenga una especificación completa de los accesos de sus tareas descendientes, reduciendo a su vez la información redundante que puede ser tediosa y propensa a errores.Nuestra segunda propuesta aprovecha el comportamiento iterativo de muchas aplicaciones HPC, como aquellas que utilizan métodos iterativos o simulaciones en múltiples etapas. A pesar de que estas aplicaciones generan el mismo grafo acíclico dirigido de tareas en cada paso temporal, la mayoría de los modelos construyen el grafo completo de tareas de manera secuencial. Definimos el modelo de programación basado en la cláusula taskiter, una propuesta recientemente introducida en la literatura para aplicaciones iterativas en plataformas SMP. También describimos la implementación completa en tiempo de ejecución para aprovechar esta información y eliminar el cuello de botella secuencial y los mensajes de control, preservando la simplicidad y productividad del enfoque existente. Integramos ambas técnicas en OmpSs-2@Cluster, y evaluamos el rendimiento en el superordenador MareNostrum