Perfil de acceso

Perfil de salida

Al finalizar los estudios el doctorando o doctoranda habrá adquirido las siguientes competencias y habilidades, necesarias para realizar una investigación de calidad (Real Decreto 99/2011, de 28 de enero, por el que se regulan las enseñanzas oficiales de doctorado):

a) Comprensión sistemática de un campo de estudio y dominio de las habilidades y métodos de investigación relacionados con dicho campo.
b) Capacidad de concebir, diseñar o crear, poner en práctica y adoptar un proceso sustancial de investigación o creación.
c) Capacidad para contribuir a la ampliación de las fronteras del conocimiento a través de una investigación original.
d) Capacidad de realizar un análisis crítico y de evaluación y síntesis de ideas nuevas y complejas.
e) Capacidad de comunicación con la comunidad académica y científica y con la sociedad en general acerca de sus ámbitos de conocimiento en los modos e idiomas de uso habitual en su comunidad científica internacional.
f) Capacidad de fomentar, en contextos académicos y profesionales, el avance científico, tecnológico, social, artístico o cultural dentro de una sociedad basada en el conocimiento.

Asimismo, la obtención del título de Doctor debe proporcionar una alta capacitación profesional en ámbitos diversos, especialmente en aquellos que requieren creatividad e innovación. Los doctores habrán adquirido, al menos, las siguientes capacidades y destrezas personales para:

a) Desenvolverse en contextos en los que hay poca información específica.
b) Encontrar las preguntas claves que hay que responder para resolver un problema complejo.
c) Diseñar, crear, desarrollar y emprender proyectos novedosos e innovadores en su ámbito de conocimiento.
d) Trabajar tanto en equipo como de manera autónoma en un contexto internacional o multidisciplinar.
e) Integrar conocimientos, enfrentarse a la complejidad y formular juicios con información limitada.
f) La crítica y defensa intelectual de soluciones.

Para finalizar, los doctorandos deberán demostrar las competencias siguientes:

a) Haber adquirido conocimientos avanzados en la frontera del conocimiento y demostrado, en el contexto de la investigación científica reconocida internacionalmente, una comprensión profunda, detallada y fundamentada de los aspectos teóricos y prácticos y de la metodología científica en uno o más ámbitos investigadores.
b) Haber hecho una contribución original y significativa a la investigación científica en su ámbito de conocimiento y que esta contribución haya sido reconocida como tal por la comunidad científica internacional.
c) Haber demostrado que son capaces de diseñar un proyecto de investigación con el que llevar a cabo un análisis crítico y una evaluación de situaciones imprecisas donde aplicar sus contribuciones y sus conocimientos y metodología de trabajo para realizar una síntesis de ideas nuevas y complejas que produzcan un conocimiento más profundo del contexto investigador en el que se trabaje.
d) Haber desarrollado la autonomía suficiente para iniciar, gestionar y liderar equipos y proyectos de investigación innovadores y colaboraciones científicas, nacionales o internacionales, dentro su ámbito temático, en contextos multidisciplinares y, en su caso, con un alto componente de transferencia de conocimiento.
e) Haber mostrado que son capaces de desarrollar su actividad investigadora con responsabilidad social e integridad científica.
f) Haber justificado que son capaces de participar en las discusiones científicas que se desarrollen a nivel internacional en su ámbito de conocimiento y de divulgar los resultados de su actividad investigadora a todo tipo de públicos.
g) Haber demostrado dentro de su contexto científico específico que son capaces de realizar avances en aspectos culturales, sociales o tecnológicos, así como de fomentar la innovación en todos los ámbitos en una sociedad basada en el conocimiento.

Número de plazas

40

Duración de los estudios y régimen de dedicación

Duración
La duración de los estudios de doctorado a tiempo completo es de un máximo de tres años, a contar desde la admisión del doctorando o doctoranda al programa hasta la presentación de la tesis doctoral. La comisión académica del programa de doctorado puede autorizar que se lleven a cabo los estudios de doctorado a tiempo parcial. En este caso, los estudios tendrán una duración máxima de cinco años desde la admisión al programa hasta la presentación de la tesis doctoral. A efectos del cómputo de estos plazos, se considerará que el momento de admisión es la primera matrícula de tutoría y el de presentación, el momento en que la Escuela de Doctorado formalice el depósito de la tesis doctoral.

La duración mínima del doctorado es de dos años, a contar desde la admisión del doctorando o doctoranda al programa hasta el depósito de la tesis doctoral para los doctorandos y doctorandas a tiempo completo, y de cuatro años para los doctorandos y doctorandas a tiempo parcial. Se podrá solicitar la exención de este plazo a la comisión académica del programa de doctorado, previa autorización del director o directora y del tutor académico o tutora académica de la tesis, siempre que concurran motivos justificados.

A efectos del cómputo de los períodos anteriores, no se tendrán en cuenta las bajas por enfermedad, embarazo o cualquier otra causa prevista por la normativa vigente. El estudiante o la estudiante que se encuentre en cualquiera de las situaciones especificadas deberá comunicarlo a la comisión académica del programa de doctorado, que, en su caso, informará a la Escuela de Doctorado. El doctorando o doctoranda podrá solicitar la baja temporal del programa por un periodo máximo de un año, ampliable hasta un año más. La solicitud, justificada, se dirigirá a la comisión académica del programa de doctorado, que deberá resolver si se concede la baja temporal solicitada. Cada programa deberá establecer las condiciones de readmisión al doctorado.

Prórroga de los estudios
En el caso de los estudios a tiempo completo, si una vez transcurrido el plazo de tres años no se ha presentado la solicitud de depósito de la tesis doctoral, la comisión académica del programa podrá autorizar la prórroga de dicho plazo por un año más en las condiciones establecidas en el programa. En el caso de los estudios a tiempo parcial, podrá autorizarse la prórroga por dos años más. Tanto en el caso de los estudios a tiempo completo como en los estudios a tiempo parcial, excepcionalmente y a solicitud motivada de la comisión académica del programa, la Comisión Permanente de la Escuela de Doctorado podrá ampliar la prórroga por un año más adicional.

Baja del programa de doctorado
Son motivo de baja de un programa de doctorado:

• La solicitud motivada del doctorando o doctoranda de la baja del programa.
• El agotamiento del plazo máximo de permanencia y de las prórrogas correspondientes que hayan sido autorizadas.
• No haber formalizado la matrícula anual en cada curso (excepto que haya sido autorizada una baja temporal).
• Obtener dos evaluaciones consecutivas no satisfactorias.
• Tener expedientes disciplinarios con una resolución de desvinculación de la UPC.

La baja del programa implica que el doctorando o doctoranda no podrá seguir en el mismo y el cierre de su expediente académico. No obstante, podrá solicitar su readmisión a la comisión académica del programa, que, de acuerdo con los criterios establecidos en la normativa, deberá volver a valorar dicho acceso.

Organización

• Careglio, Davide

• Ayguade Parra, Eduard
• Barcelo Ordinas, Jose Maria
• Careglio, Davide

• Departamento de Arquitectura de Computadores (PROMOTORA)

Unidad de Doctorado - UTGCNTIC. C. Jordi Girona, 1-3. Edificio B4-003 (Campus Nord)
Tel.: 934 054 198
Correo electrónico: doctorat.ac@upc.edu

Convenios con otras instituciones

BSC (Barcelona Supercomputing Center)

Perfil de acceso

Requisitos de acceso

Para el acceso a un programa oficial de doctorado será necesario estar en posesión de los títulos oficiales españoles de grado, o equivalente, y de máster universitario, o equivalente, siempre que se hayan superado, como mínimo, 300 créditos ECTS en el conjunto de estas dos enseñanzas. (Real decreto 43/2015, de 2 de febrero)

Así mismo, podrán acceder aquellas personas que se encuentran en alguno de estos otros supuestos:

• Poseer un título universitario oficial español o de otro país integrante de l’EEES que habilite para el acceso a estudios de máster, de acuerdo con lo establecido por el artículo 16 del Real Decreto 1393/2007, de 29 de octubre, por el que se establece la ordenación de las enseñanzas universitarias oficiales, y haber superado un mínimo de 300 créditos ECTS en el conjunto de estudios universitarios oficiales, de los cuales como mínimo 60 han de ser estudios de máster.
• Poseer un título oficial español de graduado o graduada, cuya duración, de acuerdo con las normas de derecho comunitario, sea, como mínimo, de 300 créditos ECTS. Estas personas deberán cursar con carácter obligatorio los complementos de formación, excepto que el plan de estudios del correspondiente título de grado incluya créditos de formación en investigación equivalentes en cuanto a valor formativo a los créditos en investigación procedentes de estudios de máster.
• Poseer un título universitario y, con la obtención previa de una plaza en formación en la prueba de acceso correspondiente a plazas de formación sanitaria especializada, haber superado con una evaluación positiva como mínimo dos años de formación de un programa para la obtención del título oficial de alguna de las especialidades en ciencias de la salud.
• Haber obtenido un título de sistemas educativos extranjeros, sin que sea necesaria su homologación, con la comprobación previa de la UPC de que dicho título acredita un nivel de formación equivalente a la del título oficial español de máster universitario y que faculta en el país expedidor del título al acceso a estudios de doctorado. Esta admisión no implicará, en ningún caso, la homologación del título previo que posea la persona interesada ni su reconocimiento a ningún otro efecto que el de acceso a enseñanzas de doctorado.
• Poseer otro título español de doctor o doctora obtenido de acuerdo con ordenaciones universitarias anteriores.

Nota 1: Normativa de acceso a los estudios de doctorado para las personas tituladas de licenciatura, ingeniería o arquitectura conforme al sistema anterior a la entrada en vigor del EEES (CG 47/02 2014)

Nota 2: Acuerdo núm. 64/2014 del Consejo de Gobierno por el que se aprueba el procedimiento y los criterios de valoración de los requisitos académicos de admisión al doctorado con estudios extranjeros no homologados (CG 25/03 2014)

Criterios de admisión y valoración de méritos

Así, con el fin de garantizar el perfil adecuado de los candidatos en el proceso de admisión en un entorno académico altamente heterogéneo, el programa ha modificado su procedimiento interno de admisión y establece de forma general los requisitos para la admisión divididos en dos apartados, formal y conceptual, el primero de los cuales excluye del segundo.

Análisis formal (AF):

Consiste en la presentación de los requisitos establecidos en la regulación administrativa del programa para cualquier estudiante que solicite la admisión. Se centran en disponer del nivel de estudios necesario, así como en la contabilización de los créditos requeridos. El no cumplimiento de este apartado es motivo directo de no admisión en el programa.

Análisis conceptual (AC):

Se incluyen los aspectos relacionados con el grado de conocimiento del candidato y sus capacidades, así como el potencial interés por parte de un grupo de investigación en el trabajo a realizar. Los requisitos en este apartado son los siguientes:

• TI: Título en ingeniería afín a la temática del programa, especialmente en informática o telecomunicaciones. No obstante, el programa admite también en casos excepcionales perfiles en otras áreas, como por ejemplo Licenciatura en Matemáticas y Máster en Computer Science.

• GD: Disponer de un grupo de investigación vinculado al programa, así como de un director/tutor o directora/tutora para realizar la tesis doctoral.

• BA: Experiencia o conocimiento explícito en el área, por ejemplo, en base a la realización de un trabajo de fin de máster en el área temática, realización de colaboraciones en algún grupo en el área de trabajo, etc.

• IN: Amplios conocimientos de inglés, certificado con pruebas globalmente admitidas (TOEFL, etc.)

• FI: Posible financiación del estudiante, bien sea en origen o por parte del grupo en el que se realizaría el trabajo de tesis.

Como resultado, la admisión se considerará en base al resultado de la siguiente expresión:
Admisión: AF*(0,1TI+0,4GD+0,1BA+0,2IN+0,2FI).

Complementos formativos

Con el fin de garantizar que los estudiantes admitidos al programa disponen de los conocimientos necesarios para garantizar en mayor medida su correcto desarrollo, la Comisión Académica del Programa de Doctorado podrá exigir, en función del perfil de ingreso de los doctorandos, que deban superarse complementos de formación específicos. En ese caso, la propia Comisión realizará un seguimiento de los complementos cursados y establecerá los criterios convenientes para limitar su duración. Los complementos pueden ser de formación investigadora o de formación transversal, pero nunca podrá exigirse a los doctorandos la matrícula de una cantidad igual o superior a 60 ECTS. Teniendo en cuenta el Documento de Actividades del Doctorando, la Comisión podrá proponer medidas complementarias a las que establece la presente normativa que conduzcan a la desvinculación de los doctorandos que no alcancen los criterios establecidos.

Así pues, el Programa de Doctorado puede requerir a los candidatos la realización de ciertos complementos de formación para adecuar en la mayor medida posible su perfil a los requerimientos en cuanto a conocimientos necesarios para realizar con normalidad los estudios de doctorado. La cantidad de complementos de formación a realizar dependerá de la formación presentada por los estudiantes y puede requerir la realización de 18 o 30 ECTS adicionales, en base a los siguientes aspectos: 

• Los créditos de formación se corresponderán con 3 o 5 asignaturas de nivel de máster, seleccionadas de cursos de másters enlazados con el Programa de Doctorado. 

• La decisión del volumen de créditos a cursar será tomada por la Comisión Académica del PD de acuerdo con el perfil de los candidatos mostrado por las asignaturas cursadas en su título de ingreso al Doctorado, y por tanto ante la detección de posibles lagunas de conocimiento. Esta decisión no se estima en unos parámetros absolutos, dado que la casuística es muy amplia, porque comprende no tan solo el nombre de las asignaturas, sino también las horas cursadas por asignatura, los contenidos temáticos de estas e incluso una referencia de la universidad de origen. Para ello se realiza un análisis de los temarios de las asignaturas con especial detalle en los tiempos asignados en los temarios. 

• La selección de las asignaturas concretas a cursar será tomada de forma consensuada por la Comisión Académica del PD junto con el tutor o la tutora del estudiante, de acuerdo a dos principios básicos: i) Incrementar el conocimiento de los candidatos en áreas en las cuales se detecte una carencia de conocimiento; ii) Incrementar el conocimiento en el área en la cual los estudiantes vayan a desarrollar su tesis doctoral.

Periodo de matrícula de los nuevos doctorandos

La primera matrícula en el Programa de Doctorado se deberá realizar dentro del plazo especificado en la resolución de admisión.
Excepto que se indique expresamente lo contrario, las matrículas correspondientes a las resoluciones de admisión emitidas con posterioridad a la segunda quincena de abril deberán ser realizadas dentro del período ordinario de matrícula del año académico en curso. 

Más información en la sección de matrícula para nuevos doctorandos

Periodo de matrícula

Periodo ordinario de matrícula (segundas matrículas y sucesivas): Se deberán realizar durante la primera quincena de octubre.

Más información en la sección general de matrícula

Procedimiento para la elaboración y defensa del plan de investigación

El doctorando o doctoranda debe elaborar un plan de investigación, antes de finalizar el primer año, que se incluirá en el documento de actividades del doctorando o doctoranda. Este plan, que podrá ser mejorado a lo largo de los estudios de doctorado, deberá ser avalado por el tutor o tutora y por el director o directora, y deberá incluir la metodología que se utilizará, así como los objetivos que se desean alcanzar con la investigación.

Como mínimo una de las evaluaciones anuales ha de prever una exposición y defensa pública del plan de investigación y del estado del trabajo realizado ante un tribunal compuesto por tres doctores o doctoras, de acuerdo con lo que determine cada comisión académica. Dicho tribunal emitirá un acta con la calificación de satisfactorio o no satisfactorio. La evaluación positiva del plan de investigación es un requisito indispensable para continuar en el programa de doctorado. En caso de evaluación no satisfactoria, el doctorando o doctoranda dispondrá de un plazo de seis meses para elaborar y presentar un nuevo plan de investigación, que será evaluado por la comisión académica del programa de doctorado.

Esta misma comisión se encargará de evaluar anualmente el plan de investigación, así como el resto de evidencias incluidas en el documento de actividades del doctorando o doctoranda. Dos evaluaciones consecutivas no satisfactorias del plan de investigación comportarán la baja definitiva del programa.

En caso de que el doctorando o doctoranda cambie de tema de tesis deberá presentar un nuevo plan de investigación.

Actividades formativas del programa

De forma general, se consideran de suma importancia para la formación y seguimiento del estudiante las horas de tutoría. Se realiza una estimación de asignación real de tutorías en base a los siguientes elementos:

Nombre de la actividad: Tutoría.

Horas: 2h/semana × 48 semanas lectivas × 3 años = 288 horas. 

Carácter: obligatoria.

En estas horas de tutoría los estudiantes tendrán sesiones semanales de discusión y guía con su tutor o tutora, quien le puede encauzar el trabajo realizado, en base tanto a los resultados obtenidos como a las previsiones realizadas, en la forma que mejor se adecue a los objetivos esperados en la tesis. El tutor o la tutora puede, además, en estas horas, discutir con los estudiantes los posibles grupos de investigación que estén trabajando en una área común y puedan estar interesados en interactuar con el trabajo a realizar por los estudiantes o a los cuales sea interesante ponerse en contacto para colaborar. Estas tutorías incluyen también reuniones internas con otros miembros del grupo de investigación para tratar aspectos comunes de investigación.

Esta actividad se realizará durante todo el tiempo requerido por los estudiantes para realizar su tesis doctoral, que se estima en tres años.

Procedimiento de asignación de tutor y director de tesis

La comisión académica del programa asignará un director o directora de tesis a cada doctorando o doctoranda en el momento de la admisión o en la primera matrícula, según el compromiso de dirección de la resolución de admisión al programa.

El director o directora de tesis es la persona responsable de la coherencia e idoneidad de las actividades de formación, del impacto y la novedad en su campo de la temática de la tesis doctoral y de la guía en la planificación y su adecuación, en su caso, a la de otros proyectos y actividades donde se inscriba el doctorando o doctoranda. Por norma general, el director o directora de la tesis será un profesor o profesora o un investigador o investigadora miembro de la Universitat Politècnica de Catalunya que posea el título de doctor o doctora y experiencia investigadora acreditada. Este concepto incluye al personal doctor de las entidades vinculadas a la UPC, según la decisión del Consejo de Gobierno, y de institutos de investigación adscritos a la UPC, de acuerdo con los respectivos convenios de colaboración y de adscripción. Cuando el director o directora es personal de la UPC también actúa como tutor o tutora.

Aquellos doctores o doctoras a los que, por razón de la su relación contractual o la entidad de adscripción, no les sean de aplicación los conceptos anteriores, deberán recibir un informe positivo de la Comisión Permanente de la Escuela de Doctorado de la UPC para poder formar parte del programa de doctorado como investigador o investigadora con investigación acreditada.

La comisión académica del programa de doctorado podrá aprobar la designación de un doctor o doctora experto que no pertenezca a la UPC como director o directora. En ese caso, será necesaria la autorización previa de la Comisión Permanente de la Escuela de Doctorado de la UPC, así como la propuesta de un doctor o doctora con experiencia investigadora acreditada de la UPC, que actuará como codirector o codirectora o, en caso de que no exista, como tutor o tutora.

El director o directora de tesis podrá renunciar a la dirección de la tesis doctoral, siempre que concurran razones justificadas apreciadas per la comisión. En ese caso, la comisión académica del programa de doctorado asignará al doctorando o doctoranda un nuevo director o directora.

La comisión académica del programa de doctorado, una vez oído el doctorando o doctoranda, podrá modificar el nombramiento del director o directora de tesis en cualquier momento del período de realización del doctorado, siempre que concurran razones justificadas.

En caso de que existan motivos académicos que lo justifiquen (interdisciplinariedad temática, programas conjuntos o internacionales, etc.) y que la comisión académica del programa lo acuerde, se podrá asignar un codirector o codirectora de tesis adicional. El director o directora y el codirector o codirectora tendrán las mismas competencias y el mismo reconocimiento académico.

El número máximo de supervisores que puede tener una tesis doctoral es de dos: un director o directora y un codirector o codirectora.

Para tesis en régimen de cotutela y de doctorado industrial, en caso de que sea necesario y esté establecido por el convenio, se podrá acordar no aplicar ese número máximo. No obstante, el número máximo de directores o directoras que pueden pertenecer a la UPC es de dos.

Más información en la sección de tesis doctorales

Permanencia

En el caso de los estudios a tiempo completo, en caso de que una vez transcurrido el plazo de tres años no se haya presentado la solicitud de depósito de la tesis doctoral, la comisión académica del programa podrá autorizar la prórroga de dicho plazo por un año más en las condiciones que la Normativa académica de los estudios de doctorado de la Universitat Politècnica de Catalunya haya establecido en el programa. En el caso de los estudios a tiempo parcial, la prórroga podrá ser autorizada por dos años más. Tanto en el caso de los estudios a tiempo completo como en el de los estudios a tiempo parcial, excepcionalmente y a solicitud motivada de la comisión académica del programa, la Comisión Permanente de la Escuela de Doctorado podrá ampliar la prórroga otro año adicional.

Son motivo de baja de un programa de doctorado:

• La solicitud motivada del doctorando o doctoranda de la baja del programa.
• El agotamiento del plazo máximo de permanencia y de las prórrogas correspondientes que hayan sido autorizadas.
• No haber formalizado la matrícula anual en cada curso (excepto en el caso de que haya sido autorizada una baja temporal).
• Obtener dos evaluaciones consecutivas no satisfactorias.
• Tener expedientes disciplinarios con una resolución de desvinculación de la UPC.

La baja del programa implicará que el doctorando o doctoranda no podrá seguir en el mismo y el cierre de su expediente académico. No obstante, podrá solicitar la readmisión a la comisión académica del programa, que, de acuerdo con los criterios establecidos en la normativa, deberá volver a valorar su acceso.

Mención Internacional

El título de doctor o doctora puede incluir la mención internacional. En este caso, el doctorando o doctoranda deberá cumplir los siguientes requisitos:

a) A lo largo de la etapa formativa necesaria para obtener el título de doctor o doctora, el doctorando o doctoranda deberá haber realizado una estancia mínima de tres meses en una institución de enseñanza superior o centro de investigación de prestigio fuera de España, para cursar estudios o llevar a cabo trabajos de investigación. La estancia y las actividades deberán estar avaladas por el director o directora y deberán estar autorizadas por la comisión académica del programa, y será necesario su acreditación con el correspondiente certificado expedido por la persona responsable del grupo de investigación del organismo u organismos donde se haya realizado. Esta información se incorporará al documento de actividades.
b) Una parte de la tesis, como mínimo el resumen y las conclusiones, deberán haberse redactado y presentado en una de las lenguas habituales para la comunicación científica en su campo de conocimiento y diferente de las que son oficiales en España. Esta norma no se aplicará en caso de que la estancia, los informes y los expertos procedan de un país de habla hispana.
c) La tesis deberá incluir el informe previo, acreditado oficialmente, de un mínimo de dos doctores o doctoras expertos que pertenezcan a alguna institución de enseñanza superior o centro de investigación no español.
d) Como mínimo un doctor o doctora experto, perteneciente a una institución de enseñanza superior o de investigación no español y que no sea la persona responsable de la estancia (apartado a), deberá haber formado parte del tribunal de evaluación de la tesis.
e) La defensa de la tesis deberá haber tenido lugar en las instalaciones de la UPC o, en el caso de programas conjuntos, en el lugar indicado en el convenio de colaboración.

Listado de tesis autorizadas para defensa

• RODRIGO MUÑOZ, SANTIAGO: A double full-stack architecture for multi-core quantum computers
  
  Autor/a: RODRIGO MUÑOZ, SANTIAGO
  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: 02/10/2023
  Fecha de lectura: 18/12/2023
  Hora de lectura: 11:00
  Lugar de lectura: Sala Teleensenyament - B3 - ETSETB
  Director/a de tesis: ABADAL CAVALLÉ, SERGI | ALARCON COT, EDUARDO JOSE
  Tribunal:
       PRESIDENT: CACCIAPUOTI, ANGELA SARA
       SECRETARI: GARCIA SAEZ, ARTURO
       VOCAL: SEBASTIANO, FABIO
  Resumen de tesis: pesar de su gran potencial, es difícil de prever cómo escalará la computación cuántica para satisfacer los requisitos de sus aplicaciones más poderosas. Sin duda es necesaria la mejora en la fabricación y el control de qubits. Sin embargo, existen límites estrictos para la cantidad de qubits que se pueden integrar en un solo chip. Como solució, se ha propuesta la computación cuántica multinúcleo, que ya protagoniza las hojas de ruta de la industria puntera. Sin embargo, interconectar chips cuánticos no es trivial, al tener las comunicaciones cuánticas sus particularidades. Los datos cuánticos no se pueden copiar y la decoherencia es una fuente de ruido implacable: cada nanosegundo cuenta y la retransmisión es físicamente imposible. A pesar de todos estos desafíos, un enfoque integral para el diseño de computadoras cuánticas basado en arquitecturas multinúcleo que aproveche todo el potencial de las comunicaciones cuánticas es crucial para desbloquear los problemas de escalabilidad.En este contexto, la presente tesis tiene como objetivo sentar las bases de tal arquitectura, en la que las comunicaciones juegan un papel fundamental. Nuestro objetivo es diseñar una arquitectura multinúcleo que combine la informática y la comunicación con una comprensión completa de sus requisitos entrelazados. De esta manera, uniendo decenas de núcleos cuánticos (es decir, miles o millones de qubits colaborando), aliviamos a su vez los requisitos de los circuitos de control y mejoramos el aislamiento de los qubits.Para lograr este objetivo, abordamos tres tareas principales. En primer lugar, proponemos un enfoque en capas para una arquitectura de computadora cuántica multinúcleo que entrelaza computación y comunicación (capítulo 2), alineada con nuestra visión. Nuestro objetivo es proporcionar la base para una arquitectura que pueda ser independiente de la tecnología y entrelace la computación cuántica y las comunicaciones.En segundo lugar, utilizando la técnica de exploración del espacio de diseño, llevamos a cabo un estudio de escalabilidad y viabilidad de arquitecturas cuánticas multinúcleo. En el primer estudio se han utilizado formulaciones analíticas (capítulo 4), mientras que al final de la tesis, aprovechando todo el conocimiento adquirido, se emplean análisis basados en código compilado y en simulaciones completas, ejecutadas dentro de un marco desarrollado también para este trabajo (capítulo 7). Los resultados de la exploración además nos han permitido comparar diferentes tecnologías de comunicación cuántica y qubit existentes (sección 4.4.2). Este trabajo podría facilitar el trabajo futuro para proporcionar pautas de diseño y rangos de operación óptimos para computadoras cuánticas multinúcleo eficientes y escalables.Finalmente, todo este trabajo ha necesitado estar acompañado por un estudio sobre comunicaciones cuánticas de corto alcance. En particular, hemos desarrollado un modelo de teletransportación cuántica como candidato adecuado para la tecnología de comunicación entre núcleos (capítulo 5). Además, hemos realizado un análisis exhaustivo del tráfico de qubits en varios algoritmos y arquitecturas que nos ayuda a ver los cuellos de botella y las ineficiencias de dicha red (secciones 6.1 a 6.3). Esto nos ha conducido a un análisis de latencia y rendimiento con tráfico real junto con el dimensionamiento de los recursos de red, completado mediante el uso de un completo simulador -desarrollado para esta tesis- que modela con alta fidelidad las diferentes partes de un ordenador cuántico multinúcleo (apartado 7.1). Además, hemos dado los primeros pasos en el desarrollo de un protocolo MAC eficiente, específico para nuestro caso de uso (sección 6.4), que creemos completará el diseño de la arquitectura y el modelado de comunicaciones.Con los resultados de esta tesis, esperamos contribuir con pautas de diseño que puede permitir que las arquitecturas cuánt
  

Última actualización: 11/12/2023 05:45:35.

Listado de tesis en depósito

Última actualización: 11/12/2023 05:30:23.

Listado de tesis defendidas por año

• AHMADIAN, SEYED MORTEZA: Artificial intelligence solutions for quantum communications
  
  Autor/a: AHMADIAN, SEYED MORTEZA
  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 lectura: 16/06/2023
  Director/a de tesis: VELASCO ESTEBAN, LUIS DOMINGO | RUIZ RAMÍREZ, MARC
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: APARICIO PARDO, RAMÓN
       SECRETARI: JUNYENT GIRALT, GABRIEL
       VOCAL: NADIMI GOKI, PANTEA
  Resumen de tesis: Esta tesis de doctorado se centra en la aplicación de modelos de inteligencia artificial (IA) al protocolo de distribución de clave cuántica con variable discreta (DV-QKD).El primer objetivo se centra en proporcionar un método de compensación de cambios de estado de polarización (SOP) basado en IA que suceden al transmitir fotones discretos a través de un canal cuántico. Para lograr este objetivo, debemos abordar dos subobjetivos específicos. En primer lugar, el seguimiento del SOP basado en IA está diseñado paracompensar la deriva de polarización en los canales cuánticos. La trayectoria del SOP se predice con anticipación bajo diferentes eventos ambientales que causan la distorsión del SOP. Aquí, usamos el procedimiento de reconocimiento de SOP en el receptor cuántico y evaluamos diferentes métodos de interpolación para planificar una rotación compensatoria. Por otro lado, se ha propuesto un gestor de rotación basado en una heurística adaptada al protocolo BB84 para minimizar el número de rotaciones aplicadas a los fotones recibidos para evitar la reducción en la tasa de generación claves.El segundo objetivo se centra en comprobar la viabilidad del m étodo propuesto para la compensación de polarización en sistemas DV-QKD. Aquí, los problemas son principalmente: a) los requisitos estrictos para los transmisores y receptores cuánticos y, b) la necesidad de seleccionar cuidadosamente las fibras que soportan el canal cu ántico para minimizar los efectos ambientales que podrían cambiar drásticamente el SOP de los fotones. Para alcanzar este objetivo, se han realizado pruebas experimentales sobre un sistema QKD codificado por polarización. Además, se necesitan módulossoftware para que un sistema QKD inteligente compense los componentes ópticos no calibrados. Finalmente, se evalúan y analizan los resultados experimentales y las mediciones, incluida la validación del banco de pruebas, el ajuste fino y laresolución de problemas.El objetivo final apunta al desarrollo de un Gemelo Digital (Digital Twin, DT) que pueda abordar las deficiencias del sistema DV-QKD, que no se pueden lograr mediante el uso de sistemas basados en IA desarrolaldos comp parte del primer objetivo. Para lograr este objetivo, debemos abordar dos subobjetivos específicos. Por un lado, la mejora de lacompensación SOP basada en IA utilizando el DT. Específicamente, el DT ayuda a seleccionar, entre diferentes modelos de IA, cuál debe usarse en el receptor para tomar las acciones adecuadas contra los diferentes eventos ambientales detectados. Por otro lado, el DT tiene como objetivo discernir entre acciones de escucha y de los eventos ambientales en el canal cuántico, ya que ambos aumentan la tasa de error de bits cuánticos (qBER).
  

• ALCAIDE PORTET, SERGI: Hardware/software solutions to enable the use of high-performance processors in the most stringent safety-critical systems
  
  Autor/a: ALCAIDE PORTET, SERGI
  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 lectura: 19/07/2023
  Director/a de tesis: KOSMIDIS, LEONIDAS | ABELLA FERRER, JAIME
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: ITURBE LILI, XABIER
       SECRETARI: CANAL CORRETGER, RAMON
       VOCAL: RECH, PAOLO
  Resumen de tesis: Els futurs sistemes de fiabilitat critica necessitaran un increment en el rendiment garantit per tal de salisfer l'elevada demanda de computaci6 del complex programari que actualment es l'estat de l'art. Una estrategia per aconseguir aquest rendiment es utilitzar components del camp de la computaci6 d'altes prestacions (HPC), ja que poden aportar mes poder de computaci6 que els actuals components de fiabilitat critica. Tanmateix, el suport de fiabilitat que tenen aquests HPC components no es el mateix que tenen els components de fiabilitat crilica, i l'us dels components HPC pot amenar;:ar la seguretat funcional de tot el sistema, especialment si algunes de les funcionalitats d'alta criticalitat poden ser totalment executades en algun d'aquests components (perexemple, xarxes neuronals dins d'una unitatde computaci6 grafica (GPU)). Basant-se en els requisits de fiabilitat de les aplicacions que requereixen una gran potencia de computaci6, com les d'operaci6 aut6noma, aquests components d'altes prestacions han de complir els maxims nivells de fiabilitat i per tan incloure mecanismes que aportin aquesta fiabilitat. L'objectiu general d'aquesta tesi es presentar tecniques per aconseguir aquests nivells en component d'altes prestacions. En concret, fem enfasis en unitats de computaci6 grafiques i sistemes multinucli. Les tecniques presentades tenen la intenci6 de proveir una execuci6 redundant i diversa, la qual es necessita per evitar les fallades de causa comuna (CCF), que s6n el tipus de fallades de les quals no poden ser protegides utilitzant metodes de fiabilitat (com simple redundancia) i que tenen un unic punt de fallada (una fallada que afecti les dues instancies redundants identicament). Aquestes solucions s6n comparables a l'execuci6 en lockstep (pas de bloqueig) emprada en sistemes de fiabilitat critica.El primer grup de contribucions d'aquesta tesis es bas en a habilitar una execuci6 redundant i diversa en una sola unitat de computaci6 grafica. Proposem per aix6, dues solucions diferents: (1) una minima modificaci6 en el maquinari que afecta el planificador intern de la unitat de com putaci6 grafica i (2) una soluci6 purament de programari que requereix coneixement dels recursos interns de la unitat de computaci6 grafica. En aquestes contribucions, tambe analitzem la desincronitzaci6 creat a causa de la interacci6 inherent de la dupla CPU-GPU.Finalment, l'ultima contribuci6 se centra en els sistemes multinucli. De manera similar ales contribucions previes, l'emfasi d'aquesta contribuci6 es basa en habilitar una execuci6 redundant i divers a per6 aquesta vegada en sistemes multinucli. Executar una tasca de forma redundant en dos nuclis es relativam ent simpie emprant models de program aci6 moderns com OpenMP o OpenMPI. El gran repte es tracta en ulilitzar els limitats canals d'observaci6 i de controlament interns per mantenir i garanlir que la diversitat temporal d'aquestes dues execucions redundants es mante, de manera similar a la tecnica de lockstep. Cal mencionar que el lockstep es una tecnica molt costosa ja que "segresta" la meitat dels nuclis que es tornen invisibles de cara a l'usuari i que resten inactius en aplicacions no critiques. En canvi amb una soluci6 flexible i purament de programari existis per a sistemes multinucli generics, tots els nuclis podrien ser utilitzats per les aplicacions no critiques quan no fossin necessitats per les aplicacions critiques, per tant millorant la utilitzaci6 d'aquests recursos. Per tal d'assolir aquest objectiu, aquesta tesi proposa una soluci6 purament de programari que te uns requisits minims que assoleixen la majoria dels sistemes multinucli del mercat.
  

• ALMASAN PUSCAS, FELICIAN PAUL: Leveraging graph neural networks for optimization and traffic compression in network digital twins
  
  Autor/a: ALMASAN PUSCAS, FELICIAN PAUL
  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 lectura: 17/07/2023
  Director/a de tesis: CABELLOS APARICIO, ALBERTO | BARLET ROS, PERE
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: CASAS HERNANDEZ, PEDRO
       SECRETARI: MANGUES BAFALLUY, JOSEP
       VOCAL: LEONTIADIS, ILIAS
  Resumen de tesis: En els últims anys, diversos sectors industrials han adaptat el paradigma del "Digital Twin" (DT) per millorar el rendiment dels sistemes físics. Aquest paradigma consisteix en aprofitar mètodes computacionals per construir representacions virtuals d'alta fidelitat d'un sistema o entitat física. La rèplica virtual simula o modela amb precisió el comportament del sistema físic sense alterar el seu comportament en el món real. Des de la seva creació, el DT ha suscitat l'interès tant de l'acadèmia com de la indústria, el que es pot observar pel creixent nombre de publicacions, processos, estàndards i conceptes.La comunitat de xarxes ha adaptat el paradigma del DT amb l'objectiu d'aconseguir un control i una gestió eficients en les xarxes de comunicació modernes. En aquest context, el "Network Digital Twin" (NDT) és un concepte renovat de les eines de modelatge de xarxes clàssiques que té com a objectiu construir models de xarxes precisos basats en dades. Els NDT es poden aplicar a moltes aplicacions fonamentals de xarxes. Per exemple, els NDT permeten als operadors de xarxes dissenyar noves solucions d'optimització de xarxes, realitzar resolució de problemes, anàlisi de supòsits o planificar actualitzacions de xarxa tenint en compte el creixement esperat dels usuaris de la xarxa. A més, els processos esmentats es poden dur a terme en temps real sense posar en perill la xarxa física.Aquesta dissertació té com a objectiu desenvolupar nous mecanismes d'optimització en temps real eficients aprofitant els NDTs. Les tècniques d'optimització de xarxa existents es poden dividir en solucions basades en optimitzadors, solucions basades en heurístiques i solucions basades en aprenentatge automàtic (ML). Les solucions basades en optimitzadors són intensives computacionalment i pateixen problemes d'escalabilitat, on el temps d'optimització i la mida de la instància del problema escalen a diferents velocitats. Els mètodes basats en heurístiques són solucions dissenyades per experts humans, un procés molt costós que aconsegueix baixos nivells de rendiment. Finalment, les solucions basades en ML existents necessiten reentrenar el model ML cada vegada que hi ha un canvi en l'escenari d'optimització. No obstant això, el procés de formació dels models ML és costós i dificulta l'aplicació d'aquests mètodes en l'optimització de xarxes en temps real.La primera part d'aquesta dissertació proposa una arquitectura d'optimització que integra les xarxes neuronals basades en grafs (GNN) en el reforçament profund de l'aprenentatge (DRL). Aquesta arquitectura aprofita les estratègies de planificació del DRL i les capacitats de generalització de les GNN per optimitzar topologies de xarxa arbitràries en temps real sense necessitat de reentrenar l'agent DRL. Els resultats experimentals demostren que l'arquitectura DRL+GNN és robusta per operar en topologies del món real que difereixen considerablement dels escenaris vistos durant la formació. En el nostre treball, avaluem la proposta d'arquitectura en dos escenaris d'optimització de xarxes del món real.L'entrenament d'agents DRL i la construcció de NDTs requereixen l'emmagatzematge de grans conjunts de dades que inclouen una àmplia gamma d'estats i configuracions de xarxa. No obstant això, la mida de la xarxa ha anat creixent tant en volum de tràfic com en nombre de dispositius connectats. Impulsat per la implementació de les xarxes 5G i l'adaptació de nous paradigmes industrials (per exemple, Internet de les coses), es preveu que la tendència de creixement continuï durant diversos anys. En conseqüència, l'emmagatzematge d'aquestes grans quantitats d'informació relacionada amb la xarxa pot ser un repte. La segona part d'aquesta tesi proposa un nou mètode de compressió de dades basat en les GNN capaç d'aprofitar les correlacions espacials i temporals presents de forma natural en les traces de tràfic de la xarxa, superant els mètod
  

• CARDONA NADAL, JORDI: Practical strategies to monitor and control contention in shared resources of critical real-time embedded systems
  
  Autor/a: CARDONA NADAL, JORDI
  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 lectura: 03/04/2023
  Director/a de tesis: CAZORLA ALMEIDA, FRANCISCO JAVIER | HERNANDEZ LUZ, CARLES
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: BEIVIDE PALACIO, JULIO RAMON
       SECRETARI: ROYUELA ALCÁZAR, SARA
       VOCAL NO PRESENCIAL: BENEDICTE ILLESCAS, PEDRO
  Resumen de tesis: En la darrera dècada, el poder computacional demandat als Sistemes Encastats Crítics de Temps Real (SECTR) utilitzats en àmbits com l'automoció, l¿aviació, els ferrocarrils o la indústria aeroespacial, ha anat en augment pel sorgiment d¿aplicacions cada vegada més complexes que requereixen més i més computació en aquests camps. Per satisfer aquesta necessitat, la indústria dels SECTR ha passat d¿utilitzar sistemes simples amb un sol nucli a usar sistemes multinucli que proporcionen un bon rendiment a un cost raonable. Els primers sistemes multinucli que van sorgir estaven basats en la interconnexió de bus i aconseguien bon poder computacional amb baixos costos energètics i d¿àrea en xip. Tanmateix, a mesura que s¿han anat incorporant més i més nuclis, s¿ha observat que aquests sistemes no escalaven en rendiment perquè justament el bus n¿esdevenia el coll d¿ampolla. Per aquesta raó, els sistemes multinucli van passar d¿utilitzar bus a començar a usar les Interconnexions en Xip (IeX). Les IeX com per exemple les interconnexions en arbre, anell, xarxa o torus, són interconnexions que cada vegada s¿empren més en SECTR atès que disposen de múltiples connexions punt a punt i possibiliten l¿enviament de paquets en paral·lel.Els SECTR pel fet de ser sistemes crítics de temps real, necessiten acreditar no només que funcionen correctament i obtenen els resultats esperats, sinó que alhora també ho fan en el temps esperat. Els estàndards de seguretat específics de cada àmbit, advoquen per l¿ús de tècniques d¿anàlisi temporal en totes les etapes de desenvolupament del programari que s¿executa en els SECTR amb l¿objectiu de determinar i garantir que totes les funcionalitats del programari s¿executen a temps i sense errors. Les etapes més importants són tres: Verificació (quantització), Validació (testatge) i Aplicació de mesures.A mesura que els SECTR són més complexes i utilitzen processadors multinucli i IeX, l¿anàlisi temporal d¿aquests sistemes també és complica degut a les interferències que apareixen quan els nuclis intenten accedir als recursos compartits del sistema a través de la IeX. Aquestes interferències fan que el temps d¿execució d¿una tasca depengui de la resta de tasques que s¿estan executant al sistema complicant així la caracterització del temps d¿execució del programari de manera fiable i ajustada.Els principals reptes sorgeixen (i) en l¿etapa de validació, a l'hora de calcular el Pitjor Temps d¿Execució (PTE) teòric que una tasca pot tenir considerant que pateix la màxima contenció teòrica quan les seves peticions travessen la IeX, i (ii) en l¿etapa de validació, quan durant el testatge es fa el seguiment de la contenció real que es produeix entre tasques en el processador multinucli.Aquesta tesi tracta la problemàtica de com dur a terme les caracteritzacions i anàlisis temporals en SECTR complexos basats en processadors multinucli interconnectats amb IeX de manera eficient. Concretament, aborda els principals reptes que suposa fer l¿anàlisi temporal en les tres etapes principals del procés de desenvolupament del programari per a SECTR complexos. Pel que fa a l¿etapa de verificació, proposa les solucions EOmesh i NoCo que optimitzen la configuració de les IeX per obtenir estimacions del PTE ajustades alhora que milloren el rendiment del SECTR. A l'etapa de validació, introduïm un nou criteri de classificació de la contenció denominat GRV i una mètrica anomenada PWC que identifica amb precisió les fonts de contenció en els IeX i proporciona un desglossament detallat de la contenció segons la tasca que la genera, la tasca que la pateix i el punt de la IeX on ocorre. Finalment, en la fase d'aplicació de mesures es proposa MCCU, una solució de programari/maquinari que realitza un seguiment detallat dels accessos a recursos compartits dels nuclis i que permet, mitjançant registres de configu
  

• CASTELL UROZ, ISMAEL: A novel approach to web tracking detection and removal with minimal functionality loss
  
  Autor/a: CASTELL UROZ, ISMAEL
  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: Compendio de publicaciones
  Fecha de lectura: 06/07/2023
  Director/a de tesis: BARLET ROS, PERE
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: PEDERSEN, JENS MYRUP
       SECRETARI: CARELA ESPAÑOL, VALENTÍN DANIEL
       VOCAL: HADDADI, HAMED
  Resumen de tesis: Las tecnologías de rastreo web se utilizan ampliamente para recopilar enormes cantidades de información personal de nuestra actividad en línea, incluidas las cosas que buscamos, los sitios que visitamos, las personas con las que contactamos o los productos que compramos. Aunque comúnmente se cree que estos datos se utilizan para la publicidad dirigida, algunos trabajos recientes han revelado que en realidad se explotan para muchos otros fines, como la discriminación de precios, la evaluación financiera, la determinación de la cobertura de seguros, la exploración de antecedentes e incluso el robo de identidad. Contrariamente a la creencia popular, esta información no sólo es recopilada por los grandes actores de Internet, como Google y Facebook, sino también por empresas más turbias y desconocidas llamadas corredores de datos. Los corredores de datos están omnipresentes en la Internet actual, y su único propósito es recopilar silenciosamente grandes cantidades de información personal. Esta información se utiliza después para construir perfiles individuales (a menudo de baja calidad) sobre nosotros, que se venden al mejor postor sin nuestro conocimiento explícito ni la opción de revisar su exactitud.El principal objetivo de esta tesis es investigar nuevas contramedidas que puedan disminuir o bloquear por completo los sistemas de rastreo web que se ejecutan en segundo plano. Para ello, la tesis tiene tres objetivos: (i) desarrollar un nuevo sistema de medición que pueda recoger información en un entorno de bigdata como es Internet; (ii) investigar nuevas metodologías para detectar automáticamente tecnologías de rastreo web desconocidas minimizando la pérdida de funcionalidad del sitio web; y (iii) aplicar los resultados de investigación obtenidos para crear herramientas reales que puedan ser útiles. Este manuscrito presenta un compendio de publicaciones que abordan todos los objetivos planteados.Para tratar el primer objetivo, desarrollamos Online Resource Mapper, una herramienta que es capaz de recopilar todo el contenido de millones de sitios web. El segundo objetivo se aborda mediante tres publicaciones diferentes que presentan nuevas formas de descubrir sistemas de seguimiento web desconocidos. El primer trabajo presenta una alternativa a los bloqueadores de contenido que soluciona potencialmente su mayor vulnerabilidad: la falta de adaptación para detectar URL de rastreo no presentes en las listas de patrones. Nuestra solución utiliza una red neuronal profunda para descubrir con una precisión del 97% patrones que pueden utilizarse para detectar nuevas URL de rastreo. Yendo un paso más allá decidimos inspeccionar el código real del sitio web para descubrir métodos de seguimiento web completamente nuevos. Nuestra primera propuesta, denominada TrackSign, utiliza la combinación de un modelo heurístico de partición de código con un novedoso grafo de red de tres capas para descubrir nuevos sistemas de rastreo web. Nuestro método alcanza una precisión de detección del 92%, y es uno de los primeros enfoques en hacerlo de forma automática y genérica. Nuestra última publicación sobre el tema presenta una evolución de TrackSign, denominada ASTrack, que aborda su principal vulnerabilidad, la ofuscación de recursos internos con técnicas de renombrado de código. ASTrack utiliza la estructura del código en lugar del propio código para identificar los sistemas de seguimiento web compartidos por varios sitios web. Además, ASTrack puede eliminar exclusivamente el código de rastreo manteniendo intacto el resto, lo que minimiza los problemas de pérdida de funcionalidad como consecuencia del bloqueo de recursos completos.Por último, para abordar el tercer objetivo, compartimos públicamente los resultados obtenidos durante nuestros experimentos primero en forma de un conjunto de datos con 75M de URL y 45M de recursos etiquetados, y en segundo lugar en un nuevo observatorio de ePrivacidad
  

• CRUZ DE LA CRUZ, STALIN LEONEL: Scaling deep learning workloads. Applications in computer vision and seismology
  
  Autor/a: CRUZ DE LA CRUZ, STALIN LEONEL
  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 lectura: 06/07/2023
  Director/a de tesis: TOUS LIESA, RUBÉN | OTERO CALVIÑO, BEATRIZ
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: MARTI ESCALE, RAMON
       SECRETARI: CANAL CORRETGER, RAMON
       VOCAL: CARRERAS COCH, ANNA
  Resumen de tesis: Les tecniques de Deep Learning tenen un impacte enorme en l'estat de l'art en molts camps, com ara la visi6 artificial, el processament del llenguatge natural, l'analisi i la sfntesi d'audio, i molts altres. El poder de comput cada vegada mes gran, la quantitat cada vegada mes gran de dades disponibles i l'evoluci6 dels algorismes fomenten aquest impacte. D'una banda, aquesta tesi aplica tecniques de Deep Leaming a grans sistemes paral·lels per entrenar i validar models de Xarxes Neuronals per a diferents aplicacions. Primer, es dissenya i s'avalua un stack de tecnologies per permetre la distribuci6 de carregues de treball de Deep Learning en una configuraci6 tradicional de computaci6 d'alt rendiment (High Performance Computing o HPC) com el superordinador MareNostrum. Lelement clau de larquitectura per capes desplegada es Apache Spark, que permet arllar les aplicacions daprenentafge automatic de les particularitats de la infraestructura, en aquest cas, MareNostrum. El desplegament de clusters habilitats per a Spark sobre MareNostrum no es trivial i s'ha fet amb l'ajuda de Spark4MN, una capa d'interoperabilitat personalitzada. A la part superior de l'stack (compost per Marenostrum, Spark4MN i Spark) es col·loca una capa especifica d'aprenentatge profund, DL4J. L'objectiu es proporcionar informaci6 sobre com es pot optimitzar la configuraci6 del treball en una configuraci6 d'HPC tradicional per executar de manera eficient aquest tipus de workloads. Les conclusions derivades haurien de ser utils per guiar implementacions igualment complexes en el futur. En segon lloc, en un treball derivat s'explora un cas d'us. Dissenyem i entrenem xarxes neuronals convolucionals (convolutional neural networks o CNNs) per anotar i filtrar imatges de les xarxes socials (lnstagram i Twitter). Capturem les imatges en temps real i les.processem amb multiples CNN que automaticament enriqueixen les seves metadades amb etiquetes queen descriuen el contingut visual i tambe com s'ajusten a la identitat visual d'una marca (Visual Brand Identity o VBI). Amb aquest metode hem entrenat classificadors VBI per a mes de 10 marques reals i mes de 100 classificadors per a descripci6 generica d'imatges de xarxes socials. D'altra banda, aquesta tesi aplica tecniques de Deep Learning a un cluster d'ordinadors per entrenar multiples configuracions d'una CNN emprada per a la detecci6 i localitzaci6 de terratremols. Primer, desenvolupem un nou metode anomenat UPC-UCV, que consisteix a aplicar una CNN a formes d'ona de 3 canals d'una sola estaci6 per a la detecci6 de terratremols d'ona P i l'estimaci6 de la regi6 font al centre nord de Vene,;:uela . Aquesta part inclou la creaci6 d'un dataset nou, CARABOBO, que s'ha fet public amb finalitats de reproductibilitat i avaluaci6 comparativa. Tant la xarxa UPC-UCV com el dataset CARABOBO s6n els primers desenvolupats per a aquesta regi6 geografica. El metode obte millors resultats que l'estat de l'art (SOA), cosa que produeix mes precisi6 de detecci6 (augment de 13,3 punts percentuals) per a la nova sismicitat objectiu. UPC-UCV aconsegueix una precisi6 de detecci6 del 95,27%. En segon lloc, en un treball derivat ens centrem en el problema d'estimaci6 de la regi6 font. L'estimaci6 de la regi6 font es una versi6 relaxada del problema de localitzaci6 de terratremols que consisteix, primer, a dividir una area d'estudi a K subdivisions geografiques i, segon, intentar determinar a quin pertany !'epicentre del terratremol. A la feina anterior, realitzem la partici6 amb k-means. En aquesta part experimentem amb una subdivisi6 geografica proporcionada per un sismoleg, consistent en poligons irregulars que cobreixen les principals falles sismiques de Vene,;:uela. Toti que els resultats obtinguts per a un petit nombre de subdivisions geografiques no s6n millors que els obtinguts amb l'agrupament de k-means, elsbons resultats obtinguts amb una gran quantitat de subdivisions (91.78% amb K=10) superen l'enfocament de k- means (66.10%).
  

• FERNÁNDEZ MUÑOZ, JAVIER: Software diagnostics for autonomous safety-critical control-systems based on artificial intelligence
  
  Autor/a: FERNÁNDEZ MUÑOZ, JAVIER
  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 lectura: 18/07/2023
  Director/a de tesis: ABELLA FERRER, JAIME | AGIRRE TRONCOSO, IRUNE
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: HERNANDEZ LUZ, CARLES
       SECRETARI: RUBIO SOLA, JOSE ANTONIO
       VOCAL: ONWUCHEKWA, DANIEL LUCKY NDUBUISI
  Resumen de tesis: Los sistemas de aprendizaje automático (ML) permiten la implementación eficiente de funcionalidades que pueden ser difíciles de programar por el software tradicional debido al elevado espectro de entradas que dificultan la definición de un conjunto de reglas procedimentales específicas. Esta característica de los sistemas ML ha fomentado su adopción en aplicaciones como la detección de objetos o la clasificación de imágenes en diversos ámbitos relacionados con la seguridad, que están sujetos a certificación de seguridad. Esta certificación suele lograrse mediante la adhesión a las normas tradicionales de seguridad funcional, como IEC 61508 o ISO 26262. Sin embargo, estas normas no se concibieron para dar cabida a tecnologías como el ML en los sistemas relacionados con la seguridad debido a su proceso de desarrollo, que se basa en modelos probabilísticos generados a partir de datos de entrenamiento, a diferencia de los componentes de software tradicionales codificados a partir de especificaciones. Además, surgen nuevos retos debido a que estos algoritmos de ML necesitan procesar grandes volúmenes de datos, lo que requiere plataformas de computación embebidas de alto rendimiento (HPEC) con capacidades de cálculo muy superiores a las de los sistemas de seguridad tradicionales, como dispositivos multinúcleo y aceleradores con GPUs. Las actuales normas de seguridad funcional no proporcionan orientaciones explícitas para el uso de plataformas HPEC en sistemas relevantes para la seguridad, y la complejidad inherente a esas arquitecturas altamente paralelas supone un reto para las certificaciones. Con esta Tesis, intentamos abordar estos retos y dar un paso adelante hacia la certificación de seguridad funcional de los sistemas de control de seguridad que integran componentes ML en plataformas HPEC.
  

• FERRER CID, PAU: On the data quality improvement of air pollution monitoring low-cost sensor networks using data-driven techniques
  
  Autor/a: FERRER CID, PAU
  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 lectura: 08/05/2023
  Director/a de tesis: GARCÍA VIDAL, JORGE | BARCELÓ ORDINAS, JOSE MARIA
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: GHANDEHARI, MASOUD
       SECRETARI: NAVARRO MOLDES, LEANDRO
       VOCAL: FORTINO, GIANCARLO
  Resumen de tesis: Hoy en día, las autoridades vigilan las concentraciones de contaminantes atmosféricos regulados para ayudar en los procesos de toma de decisiones, por ejemplo, en la aplicación de restricciones de tráfico, y mitigar los efectos de la contaminación atmosférica.Para ello, despliegan instrumentación de alta precisión, cuyo coste hace que el número de sensores desplegados en una región sea muy reducido. La aparición de sensores de contaminación atmosférica de bajo coste (LCS) ha abierto la posibilidad de complementar los instrumentos de las autoridades con más puntos de medición. Desafortunadamente, los LCS presentan imprecisiones, dificultando su inclusión de forma regulada en los procesos de toma de decisiones.En los últimos años, tecnologías como el internet de las cosas (IoT) y el aprendizaje automático (ML) han permitido mejorar la calidad de los datos de los LCSs. Por lo tanto, esta tesis está dedicada a la mejora de la calidad de los datos de las redes de LCS de contaminación atmosférica, centrándose en dos aspectos: i) la mejora de la calidad de los datos a nivel de nodo utilizando calibración de sensores basada en ML, y ii) la mejora de la calidad de los datos de la red de sensores utilizando mediciones de los sensores de la propia red mediante un enfoque basado en grafos.En la primera parte de la tesis se investiga la mejora de la calidad de los datos de los sensores de forma individual. Primero, se evalúa cómo afecta el muestreo de los sensores a la representatividad de las muestras. A continuación, se analiza el uso detécnicas ML, tanto lineales como no lineales, para la calibración in-situ de LCSs. La tarea de calibración de sensores in-situ puede considerarse un problema de aprendizaje de ML supervisado, por ello se evalúan técnicas como la multiple linear regression (MLR) o support vector regression (SVR). La evaluación muestra cómo las técnicas no lineales mejoran significativamente la calidad de las estimaciones de contaminación. Además, dadas las imprecisiones presentes en los LCS y la diferencia que existe de un sensor a otro del mismo fabricante, se investiga la inclusión en la calibración de múltiples sensores que miden el mismo contaminante. Así,el enfoque propuesto de calibración multisensor basado en ML permite aumentar la precisión de la calibración.La segunda parte de la tesis se centra en la calidad de los datos medidos por la red de sensores una vez desplegada. Se propone un enfoque basado en grafos para describir las relaciones existentes entre los sensores mediante la topología del grafo yrepresentar las medidas de la red como señales definidas en el grafo, como en el campo del graph signal processing (GSP). Se han evaluado diferentes técnicas para aprender correctamente las relaciones entre sensores de una red que puede contener tanto LCSs como nodos de alta precisión. El modelo de GSP basado en el smoothness de la señal ha resultado ser el mejor. A continuación, se han estudiado distintas técnicas de reconstrucción de señal acopladas al grafo con el fin de reconstruir lasmedidas de contaminación obtenidas por los distintos sensores de la red. Las técnicas basadas en kernel y las basadas en los pesos del Laplaciano han sido las más efectivas. Luego, se ha propuesto un framework de reconstrucción de datos basado engrafos para diferentes aplicaciones de post-procesado que aparecen en las redes de LCSs, por ejemplo, la imputación de valores perdidos y los sensores virtuales. Los resultados han mostrado cómo este framework permite abordar con precisión una amplia variedad de aplicaciones y escenarios que pueden darse en este contexto. Por último, se ha investigado otro aspecto importante de este tipo de redes, la detección de valores atípicos. Se ha propuesto el algoritmo Volterra graph-based outlier detection (VGOD), que utiliza un grafo aprendido a partir de los datos y un modelo de reconstrucción de señal basado en las series d
  

• HERRUZO SANCHEZ, PEDRO: Deep learning for spatio-temporal forecasting: benchmarks, methods, and insights from mobility and weather predictions
  
  Autor/a: HERRUZO SANCHEZ, PEDRO
  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 lectura: 30/10/2023
  Director/a de tesis: LARRIBA PEY, JOSEP
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: MUNTÉS MULERO, VICTOR
       SECRETARI: MARTORELL BOFILL, XAVIER
       VOCAL: MRAZOVIC, PETAR
  Resumen de tesis: Aquesta tesi explora la intersecció entre l'aprenentatge profund i la predicció espaiotemporal, centrant-se en els reptes i oportunitats presents en l'aplicació de mètodes d'aprenentatge automàtic per predir fenòmens geoespacials i temporals complexos. Específicament, ens centrem en dos àmbits crítics: la predicció del temps i la predicció del trànsit.En primer lloc, ens endinsem en les matisos de la codificació òptima de les dades de trànsit per a models d'aprenentatge profund, reconeixent el potencial d'aquests mètodes per revolucionar els patrons de mobilitat, la planificació urbana i els serveis de lliurament de mercaderies. El nostre treball té com a objectiu proporcionar un camí clar per aprofitar eficaçment les dades del GPS i utilitzar models d'aprenentatge profund per a una predicció precisa del trànsit, influenciant significativament la presa de decisions en el món real.A continuació, dirigim la nostra atenció cap a la predicció del temps. Donat l'impacte substancial del temps en les activitats humanes i l'entorn, el nostre objectiu és establir les millors pràctiques per codificar les dades meteorològiques per a aplicacions d'aprenentatge profund. Explorem diversos models d'aprenentatge automàtic, avaluant el seu rendiment i identificant l'enfocament més eficient i precís per a la predicció del temps.Al llarg de la tesi, emfatitzem la necessitat urgent de marcs de referència en el camp de la predicció espaiotemporal, per permetre la comparació sistemàtica de mètodes i accelerar els avenços en la recerca. Discutim els components essencials d'un marc de referència, incloent dades obertes d'accés lliure, tasques específiques, mètriques rellevants, línies de base viables i metodologies d'avaluació exhaustives.Per il·lustrar encara més l'aplicació pràctica d'aquests principis, hem contribuït a la comunitat científica publicant dos marcs de referències nous. El primer és un marc de referència de predicció meteorològica multimodal d'alta resolució, derivat de dades de satèl·lit, que proporciona una visió completa de les complexitats de la predicció meteorològica. El segon és un marc de referència innovador de precipitació d'alta resolució, que utilitza de manera innovadora les dades de satèl·lit a radar al nivell de la superfície. Aquest últim marc de referència promou una comprensió més profunda dels patrons de pluja i les seves possibles implicacions.La nostra exploració culmina en l'organització de la competició Weather4cast als llocs de competició NeurIPS, IEEE Big Data i CIKM. Això estableix marcs de referència sense precedents per a la predicció espaiotemporal en àmbits meteorològics, promovent solucions innovadores en aquest camp intricat. En fer la connexió entre l'aprenentatge profund i la predicció espaiotemporal, aquesta tesi fa una contribució significativa tant a les metodologies d'aprenentatge automàtic com a la precisió de les prediccions meteorològiques i de trànsit. Les troballes prometen inspirar més avenços en l'aplicació de l'aprenentatge profund a processos espaiotemporals complexos.
  

• IQBAL, MASAB: Techniques for efficient and secure optical networks
  
  Autor/a: IQBAL, MASAB
  Enlace a la tesis: http://hdl.handle.net/10803/689479
  Programa: ARQUITECTURA DE COMPUTADORES
  Departamento: (DAC)
  Modalidad: Normal
  Fecha de lectura: 24/03/2023
  Director/a de tesis: VELASCO ESTEBAN, LUIS DOMINGO | FERREIRA PEDRO, JOAO MANUEL
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: PROIETTI, ROBERTO
       SECRETARI: JUNYENT GIRALT, GABRIEL
       VOCAL: FÀBREGA SÁNCHEZ, JOSEP MARIA
  Resumen de tesis: La comunicación óptica está muy extendida y se encarga de transportar el tráfico de datos desde las redes de acceso a las metropolitanas hasta las centrales. Dado que el crecimiento del tráfico es cada vez mayor, se necesitan soluciones de redes ópticas más innovadoras y eficientes que las actuales para proporcionar al sector beneficios sostenibles a largo plazo. Además, con la llegada de los ordenadores cuánticos, estas redes son vulnerables a diversas amenazas a la seguridad y, o bien se necesitan medios adicionales para hacerlas seguras, o bien se requiere un transporte de la señal de datos asistido por la tecnología cuántica. Teniendo en cuenta los retos que plantean los aspectos de eficiencia y seguridad de las redes ópticas actuales, esta tesis doctoral pretende proporcionar técnicas para conseguir redes ópticas eficientes y seguras.El actual patrón de tráfico de datos en los diferentes segmentos de las redes ópticas puede ser un factor clave para hacer la arquitectura más eficiente. Estos patrones de tráfico suelen atenderse mediante el despliegue de conexiones punto a punto (P2P), que pueden no ser la solución más rentable en determinados segmentos como el acceso y la agregación metro. Esta tesis doctoral estudia tecnologías que soportan conexiones punto a multipunto (P2MP) para dar servicio a flujos de tráfico de datos dinámicos y variados. Se utiliza como referencia una tecnología bien conocida, Digital Subcarrier Multiplexing, para implementar conexiones P2MP, y se introduce una tecnología novedosa, Optical Constellation Slicing, para satisfacer los mismos requisitos. Para un perfil dinámico, estas dos tecnologías se comparan con la tecnología tradicional que soporta P2P. En todo momento se analiza el coste, la eficiencia del caudal de datos y la simplicidad de la arquitectura. Se demuestra el potencial de las conexiones P2MP. Para que las redes ópticas sean seguras, los estudios se realizan en dos dimensiones. En primer lugar, se aborda la vulnerabilidad de la capa física. Para que la red en su conjunto sea más segura, se estudian métodos de criptografía de la capa física. En segundo lugar, se investiga la comunicación cuántica porque está intrínsecamente asegurada por las leyes de la mecánica cuántica. Para la seguridad de la capa física, proponemos LPsec (lightpath security), cuyo objetivo es proporcionar una solución completa de seguridad a partir de métodos de intercambio de claves en la capa física. LPsec tiende a ser seguro según el estándar actual e introduce un retardo insignificante en la transmisión de datos.Aunque la comunicación cuántica es intrínsecamente segura, se enfrenta a diferentes retos. Exploramos dos de estos retos en presencia del teorema de no clonación i) la retransmisión de qubits y ii) la comunicación cuántica P2MP (QP2MP). Como los qubits son propensos a diversas fuentes de ruido, la retransmisión de qubits puede mejorar el éxito de la transmisión de qubits del origen al destino. Del mismo modo, QP2MP puede permitir puertas a la comunicación cuántica multipartita, que está mucho menos explorada en los sistemas cuánticos de variables discretas. Para estas dos tareas, consideramos la creación de clones imperfectos a través de la Máquina Universal de Clonación Cuántica. Proponemos un novedoso protocolo Quantum Automatic Repeat Request (QARQ) inspirado en su equivalente clásico. Hemos demostrado que QARQ puede aumentar significativamente la recuperación exitosa de qubits. Se examina la comunicación QP2MP para la transmisión directa, el teletransporte y el telecloning.También se presenta una forma cuántica de realizar la codificación por desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK), que denominamos Q2PSK. La transmisión actual se basa en datos y canales clásicos, que no son intrínsecamente seguros. Q2PSK proporciona un medio de comunicación que puede hacer que el transporte clásico de datos sea intrínsecamen
  

• LIU, PEINI: Convergence of high performance computing, big data, and machine learning applications on containerized infrastructures
  
  Autor/a: LIU, PEINI
  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 lectura: 17/07/2023
  Director/a de tesis: GUITART FERNANDEZ, JORDI
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: PIERSON, JEAN-MARC
       SECRETARI: BERRAL GARCÍA, JOSEP LLUÍS
       VOCAL: DJEMAME, KARIM
  Resumen de tesis: La convergencia de Computación de Alto Rendimiento (HPC), Grandes Datos (BD) y Aprendizaje Automático (ML) en el continuum informático se está persiguiendo con seriedad en el ámbito académico e industrial. Prevemos que las tecnologías de virtualización y contenerización pueden ser la base para la convergencia, porque residen como puentes entre las aplicaciones y las infraestructuras y proporcionan ventajas bien conocidas. Sin embargo, existen desafíos para esta convergencia a nivel de contenerización debido a la diversidad de aplicaciones y la heterogeneidad del hardware: en la capa de infraestructura, la virtualización/contenerización debe presentar un aislamiento completo de las aplicaciones en un entorno de múltiples inquilinos, proporcionar de manera fluida y eficiente recursos diferentes, permitir la asignación dinámica de recursos ágil y detallada para orquestar el uso compartido de recursos en esos entornos, también integrar HPC y Cloud planificación y técnicas de gestión de recursos, al mismo tiempo que proporciona tolerancia a fallos, eficiencia energética y escalabilidad. Además, en la capa de la plataforma, la virtualización/contenerización debe cumplir con los requisitos de portabilidad y reproducibilidad de las aplicaciones al permitir la definición de diversas pilas de software encapsuladas y personalizadas, y la creación/terminación eficiente de esos entornos de software bajo demanda. La pregunta de investigación general de esta tesis es: ¿Cómo aprovechar la virtualización/contenerización tanto en la capa de infraestructura como en la capa de plataforma para respaldar de manera eficiente la convergencia de aplicaciones de HPC, BD y ML mientras se aprovechan los recursos heterogéneos de HPC y Cloud?Para responder a esa pregunta, en primer lugar, habilitamos implementaciones de aplicaciones HPC, BD y ML utilizando contenedores que permiten la definición de pilas de software encapsuladas y personalizadas para cada aplicación y proporcionan acceso fluido y eficiente a diferentes recursos a través de diferentes configuraciones. Esta es la base de la convergencia.En segundo lugar, hay que comprender el impacto en el rendimiento de las diversas configuraciones al utilizar contenedores. Por lo tanto, realizamos análisis de rendimiento detallados de configuraciones de contenedores para diversas aplicaciones en diferentes hardware. Estos análisis consideran diferentes parámetros a nivel de contenedores, por ejemplo, tecnologías de contenedores, granularidades, afinidades e interconexiones de red. Los conocimientos obtenidos servirán como directrices para derivar políticas de ubicación al desplegar aplicaciones para utilizar mejor los recursos y lograr un mejor rendimiento.En tercer lugar, habilitamos DevOps para desarrollar, construir y desplegar estas aplicaciones en contenedores y gestionar éstos en contextos dinámicos y de múltiples usuarios estableciendo una plataforma, Scanflow-K8s, que ayude a los usuarios a desarrollar sus aplicaciones en contenedores más rápidamente, habilite las configuraciones analizadas anteriormente para contar con despliegues eficientes, y proporcione computación autónoma para gestionar continuamente las aplicaciones.Scanflow-K8s cuenta con una arquitectura multiagente y de múltiples capas para la supervisión en línea de los flujos de trabajo de ML en Kubernetes, así como la implementación de cargas de trabajo HPC en contenedores.Finalmente, aprovechamos el conocimiento aprendido del análisis de desempeño del despliegue de cargas de trabajo de HPC, BD y ML contenedorizadas, y la disponibilidad de Scanflow-K8s, para conducir políticas de gestión autónomas para planificar y administrar estas aplicaciones. Por un lado, implementamos políticas en el agente para evaluar la gestión autónoma y la supervisión en línea de los flujos de trabajo de ML. Por otro lado, proponemos políticas detalladas de planificación para cargas
  

• OSORIO RÍOS, JOHN HAIBER: Adapting floating-point precision to accelerate deep neural network training
  
  Autor/a: OSORIO RÍOS, JOHN HAIBER
  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 lectura: 18/10/2023
  Director/a de tesis: CASAS GUIX, MARC | ARMEJACH SANOSA, ADRIÀ
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: DEFOUR, DAVID
       SECRETARI: MARTORELL BOFILL, XAVIER
       VOCAL: DE OLIVEIRA CASTRO HERRERO, PABLO
  Resumen de tesis: Las redes neuronales profundas (DNN) se han vuelto omnipresentes en una amplia gama de dominios de aplicación. A pesar de su éxito, entrenar DNN es una tarea costosa que ha motivado el uso de formatos de precisión numérica reducida para mejorar el rendimiento y reducir el consumo de energía. Las técnicas de emulación son una buena opción para comprender las propiedades de los nuevos formatos numéricos en una carga de trabajo particular. Sin embargo, las técnicas de vanguardia actuales no pueden realizar estas tareas de forma rápida y precisa en una amplia variedad de cargas de trabajo.El uso de aritmética de precisión mixta (MP) con punto flotante de 32 bits (FP32) y precisión de 16 bits tiene como objetivo mejorar el rendimiento de las operaciones de memoria y punto flotante, lo que permite un entrenamiento más eficiente. Esta es una de las técnicas más utilizadas y se ha aplicado con éxito para entrenar DNN. A pesar de sus ventajas en cuanto a la reducción de la necesidad de recursos clave como el ancho de banda de la memoria o el tamaño del archivo de registro, tiene una capacidad limitada para disminuir los costos informáticos adicionales, ya que requiere 32 bits para representar su salida. Por otro lado, la aritmética de precisión de 16 bits no logra ofrecer la precisión requerida.Varias compañías de hardware están proponiendo soporte nativo de Brain Float de 16 bits (BF16) para el entrenamiento de redes neuronales. Las unidades funcionales Fused Multiply-Add (FMA) constituyen un componente de hardware fundamental para entrenar las DNN. Su área de silicio crece cuadráticamente de acuerdo a los bits de mantisa usados, lo que ha motivado la adopción del BF16. BF16 presenta 1 bit de signo, 8 de exponente y 7 de mantisa. Algunos enfoques para entrenar DNN logran beneficios de rendimiento significativos mediante el uso del formato BF16. Sin embargo, estos enfoques deben combinar BF16 con el formato estándar IEEE 754 FP32 para lograr una precisión de entrenamiento en el estado del arte.Para abordar todas las inquietudes anteriores con respecto a los diferentes formatos numéricos, técnicas de entrenamiento específicas y cómo aumentar el uso de enfoques de precisión reducida, esta tesis propone FASE, un emulador rápido, preciso y sencillo que aprovecha la traducción del binario dinámico para permitir la emulación de formatos numéricos personalizados.FASE es rápido; permitiendo la emulación de grandes cargas de trabajo sin modificación, preciso; emulando a nivel de operando de instrucción y sin sencillo; ya que no requiere ninguna modificación de código y funciona en cualquier aplicación sin restricciones de lenguaje, compilador o código fuente. Evaluamos FASE utilizando una amplia variedad de DNN y cargas de trabajo a gran escala. Nuestra evaluación demuestra que FASE logra una mayor precisión que enfoques del estado del arte de grano grueso y muestra que es capaz de evaluar la confiabilidad de múltiples formatos numéricos y extraer conclusiones sobre su aplicabilidad.Para mostrar las ventajas de FASE, lo probamos en clasificación de objetos, procesamiento de lenguaje natural y redes generativas. Usamos FASE para analizar el uso de BF16 en la fase de entrenamiento de una red adversa generativa 3D (3DGAN) que simula detectores de física de alta energía.Utilizamos FASE para caracterizar y analizar la aritmética de cómputo para proponer un enfoque sencillo para adaptar dinámicamente la aritmética de punto flotante. Ésta metodología permite el uso de aritmética de precisión media para hasta el 96,4 % de los cálculos cuando se entrenan redes neuronales en el estado del arte; mientras ofrece una precisión similar a la aritmética de coma flotante de 32 bits.Finalmente, proponemos un enfoque capaz de entrenar DNN completamente utilizando el formato BF16 a través de una nueva clase de operadores FMA. Estos operadores logran rendimientos en el rango de 1,28x-
  

• REGGIANI, ENRICO: Efficient hardware acceleration of deep neural networks via arithmetic complexity reduction
  
  Autor/a: REGGIANI, ENRICO
  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 lectura: 26/10/2023
  Director/a de tesis: CRISTAL KESTELMAN, ADRIAN | OLIVIERI, MAURO
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: FELBER, PASCAL
       SECRETARI: CANAL CORRETGER, RAMON
       VOCAL: YALCIN, GULAY
  Resumen de tesis: Durante la última década, avances significativos en el campo de la inteligencia artificial han llevado a notables mejoras en una amplia gama de tecnologías. El deep learning, un subcampo del machine learning centrado en las deep neural networks (DNN), ha desempeñado un papel fundamental en impulsar estos logros. De hecho, las DNN han demostrado niveles de precisión sin precedentes en tareas como el reconocimiento de imágenes, el reconocimiento de voz y el procesamiento del lenguaje natural (NLP). Sin embargo, la alta demanda computacional asociada a los modelos de DNN actuales limita su aplicabilidad en diferentes plataformas y aplicaciones.Específicamente, el constante aumento en el número de parámetros y operaciones requeridas para las computaciones de DNN, y la creciente complejidad de sus topologías y layers, plantean obstáculos para una amplia gama de sistemas informáticos, desde pequeñas CPU hasta aceleradores HPC.En esta tesis, exploramos varias direcciones de investigación destinadas a optimizar las computaciones de DNN en arquitecturas de hardware modernas.Primero, investigamos una técnica matemática llamada binary segmentation, estudiando su aplicabilidad para reducir la complejidad aritmética de operaciones de álgebra lineal que involucran narrow-integers CPUs. Además, proponemos una nueva microarquitectura de hardware llamada Bison-e que acelera algoritmos de álgebra lineal utilizando binary segmentation. Demostramos que Bison-e logra mejoras de hasta 5.6×, 13.9× y 24× en la computación de DNN relevantes utilizando tamaños de datos de 8, 4 y 2 bits, respectivamente. Además, mostramos que Bison-e mejora la eficiencia energética en un 5× para tareas de string-matching en comparación con una unidad de procesamiento vectorial (VPU) basada en RISC-V. Integrar Bison-e en un SoC completo basado en RISC-V muestra que solo representa un 0.07% de sobrecarga de área en comparación con la arquitectura base.Luego, proponemos Mix-GEMM, una arquitectura co-diseñada de hardware y software que acelera DNN cuantizados, admitiendo tamaños de datos arbitrarios que van desde 8 bits hasta 2 bits, incluyendo cálculos de precisión mixta. En el lado del software, introducimos una libreria que aprovecha las instrucciones personalizadas de RISC-V para permitir una multiplicación de matrices de alto rendimiento. En el lado del hardware, Mix-GEMM aprovecha de Bison-e para realizar cálculos SIMD entre narrow-integers, con un rendimiento que escala a medida que disminuyen los tamaños de datos computacionales. Nuestra evaluación experimental demuestra que un SoC basado en RISC-V que incorpora Mix-GEMM logra hasta 1.3 TOPS/W en eficiencia energética y hasta 13.6 GOPS por core en rendimiento, superando el rendimiento del marco OpenBLAS en un procesador comercial basado en RISC-V en un factor que oscila entre 5.3× y 15.1×.Además, la síntesis y el PnR del SoC mejorado en tecnología de 22 nm FDX muestran que Mix-GEMM representa solo un 1% del área total del SoC.Finalmente, exploramos una nueva microarquitectura de hardware llamada Flex-SFU, que acelera las activation functions de DNN complejas. Flex-SFU amplía el conjunto de unidades funcionales dentro de las unidades de procesamiento de deep learning, que se utilizan como coprocesadores de propósito general junto con las unidades principales de multiplicación de matrices de aceleradores de DNN dirigidos a HPC. Flex-SFU aprovecha la interpolación no uniforme y admite múltiples formatos de datos. Gracias a estas características, Flex-SFU logra una mejora promedio del 22.3× en el error cuadrático medio en comparación con enfoques anteriores de interpolación lineal. Evaluamos Flex-SFU utilizando más de 600 modelos de computer vision y NLP, demostrando una mejora promedio de rendimiento end-to-end del 35.7% en comparación con el acelerador de hardware AI de referencia, con solo un 5.9% de sobrecarga de área y un 0.8% de sobrecarga de potenci
  

• VAVOULIOTIS, GEORGIOS: Advanced hardware prefetching in virtual memory systems
  
  Autor/a: VAVOULIOTIS, GEORGIOS
  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 lectura: 12/09/2023
  Director/a de tesis: ÁLVAREZ MARTÍ, LLUC | CASAS GUIX, MARC
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: PNEVMATIKATOS, DIONISIOS
       SECRETARI: MARTORELL BOFILL, XAVIER
       VOCAL: ROS BARDISA, ALBERTO
  Resumen de tesis: La diferencia de velocidad entre los procesadores y las memorias (conocido como Memory Wall) es uno de los mayores cuellos de botella en los sistemas actuales. Los prefetchers hardware son una técnica para tolerar la latencia de memoria que ha demostrado ser efectiva para aliviar este cuello de botella. Prácticamente todas las microarquitecturas actuales incluyen varios prefetchers. La memoria virtual ha sido vital para el éxito de los sistemas de computación debido a los beneficios que ofrece en términos de programabilidad y seguridad. Sin embargo, la memoria virtual tiene un coste alto en latencia y en energía, ya que cada acceso a memoria requiere una traducción del espacio de direcciones físico al virtual. Para aliviar estos costes, una caché hardware llamada Translation Lookahead Buffer (TLB) guarda las traducciones más recientes. Uno de los problemas de las TLBs es que tienen una capacidad limitada, lo que hace que no puedan garantizar un alto rendimiento.Los procesadores comerciales se aseguran de que la traducción de direcciones sea rápida al incluir soporte hardware dedicado a la memoria virtual (como TLBs multinivel o varios tamaños de página). Incluso con este soporte hardware, la creciente popularidad de aplicaciones con grandes cantidades de datos e instrucciones ha aumentado la presión sobre el subsistema de memoria virtual, resultando en accesos frecuentes a la tabla de páginas que deterioran el rendimiento del sistema. Esta tesis pretende atenuar el cuello de botella del Memory Wall utilizando hardware prefetchers en sistemas de memoria virtual.Para reducir las penalizaciones de los fallos frecuentes de TLB para accesos de datos, proponemos una solución llamada Sampling Based Free TLB Prefetching (SBFP) combinada con un Agile TLB Prefetcher (ATP). SBFP se beneficia de la localidad en el último nivel de la tabla de páginas para mejorar el prefetching en TLBs. ATP combina tres motores de prefetching y deshabilita el prefetching de TLB en fases donde no aporta ningún beneficio. Para varios juegos de prueba, demostramos que la combinación de ATP con SBFP mejora el rendimiento respecto al mejor prefetcher de TLB propuesto anteriormente, a la vez que reduce la cantidad de accesos a la tabla de páginas.También identificamos que la traducción de direcciones en instrucciones es un cuello de botella emergente en servidores, y lo demostramos caracterizando el comportamiento de las TLBs en estos sistemas. Para aliviar este cuello de botella proponemos Morrigan, el primer prefetcher de instrucciones para TLBs. Morrigan combina un prefetcher secuencial con un conjunto de Markov prefetchers que construyen cadenas de Markov de diferente longitud de la secuencia de fallos de instrucciones en la TLB, y también utiliza una nueva política de reemplazo basada en la frecuencia. En tareas de servidores industriales, Morrigan consigue amplios beneficios en rendimiento y elimina la mayoría de accesos a la tabla de páginas para accesos a instrucciones.La última contribución mejora la eficacia de los prefetchers de cachés que operan en el espacio de direcciones físico utilizando el soporte hardware para páginas grandes. Para ello proponemos el Page-size Propagation Module (PPM), una técnica microarchitectural que transmite el tamaño de página a los prefetchers de las cachés de último nivel para poder hacer prefetching de forma segura sobrepasando los límites de las páginas físicas de 4KB. También diseñamos otro módulo que consiste en dos prefetchers conectados al PPM y que controla las decisiones de los prefetchers asumiendo diferentes tamaños de páginas. Nuestros experimentos muestran que las técnicas propuestas para sacar beneficio del tamaño de las páginas en varios prefetchers de cachés de último nivel propuestas en el estado del arte consiguen grandes mejoras de rendimiento.
  

• VIEIRA ZACARIAS, FELIPPE: Job scheduling for disaggregated memory in high performance computing systems
  
  Autor/a: VIEIRA ZACARIAS, FELIPPE
  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 lectura: 09/10/2023
  Director/a de tesis: CARPENTER, PAUL MATTHEW | PETRUCCI, VINICIUS
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: PINTO, CHRISTIAN
       SECRETARI: CORBALAN GONZALEZ, JULITA
       VOCAL: DOUDALI, THALEIA DIMITRA
  Resumen de tesis: En un cluster HPC. un nodo es la unidad elemental de esta arquitectura. Como la memoria y computaci6n estan estrechamente acoplados los lfmites rigidos entre nodes limitan la utilizaci6n de los recurses. El problema se agrava debido a que las aplicaciones de HPC tienen requerimientos de memoria muy variables. De hecho, normalmente se deja inactive entre un 25% y un 76% de la capacidad total de memoria del sistema. La memoria desagregada propone una forma de mejorar la utilizaci6n de la memoria, ya que la convierte en un conjunto que puede componerse dinamicamente. Permite una asignaci6n de capacidad de memoria de granularidad fina a los trabajos, manteniendo a la vez la rentabilidad y escalabilidad de una arquitectura de cluster. Un componente clave para la distribuci6n de recurses en un cluster es el RJMS o simplemente gestor de recurses. Su objetivo es satisfacer las demandas de los usuarios y lograr un rendirniento aceptable en la utilizaci6n general del sistema, mediante una asignaci6n eficiente de los recurses. Aunque se han llevado a cabo varias investigaciones sobre RJMS, la memoria desagregada aun esta en desarrollo. En esta tesis, proponemos una infraestructura eficiente de memoria desagregada para un gestor de recurses de cluster y evaluamos su rendimiento a gran escala mediante una melodologia experimental simulada y estructurada que utiliza un modelo de contenci6n que simula el impacto de los recurses compartidos en escenarios desagregados. Compartir interfaces de memoria en una infraestructura desagregada puede generar una perdida de rendimiento con acceso concurrente a la rnemoria. Comenzamos nuestro estudio presentando una metodologia sistematica para construir un modelo de contenci6n. Experimentaci6n extensiva en maquinas reales y los resultados de las cargas de trabajo han demostrado que nuestro modelo de contenci6n predice una degradaci6n del rendimiento con un error promedio de 1.19% y un error maximo de 14.6%. En comparaci6n con el estado del arte, las mejoras relativas son casi del 24% en promedio y del 33% en el peer de los casos. A continuaci6n, argumentarnos que es posible aumentar el rendimiento y la utilizaci6n del cluster utilizando la memoria desagregada en un gestor de recurses. Mostramos que dependiendo del nivel de desequilibrio entre el sistema y las demandas de memoria de los lrabajos, la desagregaci6n de la memoria permite ahorrar recurses de hasta un 33% en comparaci6n con el estado del arte. Ademas, en promedio, puede aumentar la utilizaci6n de la memoria en un factor de 1.6, mientras se utiliza casi el 90% de la CPU. En nuestro estudlo, tambien investigamos cuan crucial son las demandas de memoria para maximizar el rendimiento def sistema y minimizar el liempo de respuesta de los trabajos. Analizamos en que medida los usuarios tendrian un incentive natural para seren precises. Demostramos que incluso cuando hay un gran impaclo en el rendimiento del sistema (-25%} yen el tiempo de respuesta (5 veces mayor}, hay muy poco incentive directo para que los usuarios sean precises en sus estimaciones, con solo un aumento del 8% en el tiempo de respuesta. Ademas, dernostramos que aprovechar el desequilibrio temporal y espacial de la memoria entre los trabajos proporciona mejoras de hasta un 18% en el rendimiento, un 38% en el rendimiento por d61ar y hasta un 69% de reducci6n en el tiempo de respuesta def trabajo (mediana), cuando existe un uso de memoria desequilibrado y demandas sobreeslimadas en sistemas subabastecidos. En general, creemos que nuestro estudio proporciona informaci6n valiosa sobre la importancia de la exptoraci6n del espacio de diseno para los sisternas HPC con memoria desagregada. Demostramos que al comprender los cambios arquitect6nicos disruptivos en los sistemas futures y las demandas de las cargas de trabajo, la provision del sistema se puede disenar cuidadosamente para lograr el mejor costo-beneficio.
  

• VILARDELL MORENO, SERGI: Modelling and predicting extreme behavior in critical real-time systems with advanced statistics
  
  Autor/a: VILARDELL MORENO, SERGI
  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 lectura: 13/03/2023
  Director/a de tesis: SERRA MOCHALES, ISABEL | ABELLA FERRER, JAIME
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: BOLANCÉ LOSILLA, CATALINA
       SECRETARI: RADOJKOVIC, PETAR
       VOCAL NO PRESENCIAL: TRILLA RODRÍGUEZ, DAVID
  Resumen de tesis: Los Sistemas Críticos Embebidos en Tiempo Real (SCETR) se usan en ámbitos como el transporte (aviónica, automoción, ferrocarril, etc.), la sanidad y la industria. Este subconjunto de sistemas embebidos requiere un proceso de Validación y Verificación (VyV) antes de que se les permita entrar en funcionamiento,dado que un comportamiento erróneo puede provocar daños a los seres humanos o incluso víctimas mortales. El comportamiento temporal del software es un elemento clave que hay que cubrir en el proceso de VyV, ya que proporciona pruebas de que el software se ejecuta a tiempo. El análisis temporal del software, a su vez, requiere derivar límites al tiempo de ejecución de cada tarea de la aplicación. Estos límites se denominan estimaciones del Tiempo de Ejecución del Peor Caso (TEPC).A medida que los SCETR implementan funcionalidades más complejas relacionadas con la seguridad en cada nuevo producto, se utiliza un software más complejo y un hardware ide computación de mayor rendimiento para satisfacer los requisitos de alto rendimiento. Sin embargo, el efecto secundario del uso de hardware y software más complejos es un reto para las técnicas de análisis temporal de software más avanzadas.Se han propuesto técnicas de Análisis Temporal Probabilístico Basado en Mediciones (ATPBM) para manejar dicha complejidad de hardware y software, proporcionando límites (estimaciones) del TEPC ajustados y fiables. En concreto, se ha utilizado la Teoría de Valores Extremos (TVE) para proporcionar modelos para las ocurrencias más extremas en forma de distribución probabilística. El resultado del modelo de tiempo se denomina TEPC probabilístico (TEPCp). Sin embargo, aunque seguros, los modelos TVE pueden ser a veces excesivamente pesimistas, lo que añade un coste adicional a los presupuestos de temporización.Esta tesis investiga las técnicas ATPBM y desarrolla metodologías novedosas dentro de este marco en tres frentes distintos. En primer lugar, mejorando el ajuste de los modelos TEPCp en los cuantiles altísimos con dos modelos. El primero combinará el análisis de riesgos con la TVE para obtener un TEPCp más seguro y preciso. El segundo introducirá la desigualdad de Markov en el problema de estimación del TEPCp, que proporciona garantías más seguras. En segundo lugar, para potenciar el uso de los datos procedentes de los contadores de monitorización del rendimiento, esta tesis muestra dos formas, basadas en las matemáticas, de fusionar múltiples lecturas disjuntas a partir de estadísticos de orden y modelos de cópula. Por último, esta tesis propone un modelo para la contención de tareas en competencia cuando el perfil de tiempos obtenido es limitado. Este método permite prever escenarios TEPC más extremos basados en las dependencias entre tareas.Resumiendo, esta tesis impulsa el estado del arte en las metodologías de VyV para SCETR en el marco de ATPBM en términos de estimación de TEPC y recopilación de datos.
  

Última actualización: 11/12/2023 06:01:46.

Grupos de investigación

• ARCO-Microarquitectura y Compiladores
• CAP-Grupo de Computacion de Altas Prestaciones
• CBA-Sistemes de Comunicacions i Arquitectures de Banda Ampla
• CNDS-Redes de Computadores y Sistemas Distribuidos
• CRAAX-Centro de Investigacion de Arquitecturas Avanzadas de Redes
• DAMA-UPC-Data Management Group
• GCO-Grupo de Comunicaciones Opticas
• ICARUS-Intelligent Communications and Avionics for Robust Unmanned Aerial Systems
• IMP-Modelizacion y Procesamiento de la Informacion
• VIRTUOS-Virtualisation and Operating Systems

Entidades de investigación:

Profesorado

• Alvarez Martinez, Carlos
• Ayguade Parra, Eduard
• Badia Sala, Rosa Maria
• Barcelo Ordinas, Jose Maria
• Barlet Ros, Pere
• Barrado Muxi, Cristina
• Becerra Fontal, Yolanda
• Bofill Soliguer, Pau
• Cabellos Aparicio, Alberto
• Canal Corretger, Ramon
• Careglio, Davide
• Cazorla Almeida, Francisco Javier
• Cela Espin, Jose M.
• Cerdà Alabern, Llorenç
• Corbalan Gonzalez, Julita
• Cortes Rossello, Toni
• Cruellas Ibarz, Juan Carlos
• Delgado Merce, Jaime M.
• Domingo Pascual, Jordi
• Espasa Sans, Roger
• Fernandez Jimenez, Agustin
• Freitag, Felix
• Gallego Fernandez, M. Isabel
• Garcia Almiñana, Jordi
• Garcia Vidal, Jorge
• Gil Gomez, Marisa
• Gonzalez Colas, Antonio Maria
• Gonzalez Tallada, Marc
• Guerrero Zapata, Manel
• Guitart Fernandez, Jordi
• Herrero Zaragoza, Josep Ramon
• Jimenez Castells, Marta
• Jimenez Gonzalez, Daniel
• Juan Hormigo, Antonio
• Labarta Mancho, Jesus Jose
• Larriba Pey, Josep
• Llaberia Griño, Jose M.
• Llorente Viejo, Silvia
• Llosa Espuny, Josep
• Lopez Alvarez, David
• Lopez Rubio, Juan
• Marin Tordera, Eva
• Martorell Bofill, Xavier
• Masip Bruin, Xavier
• Meseguer Pallares, Roc
• Monreal Arnal, Teresa
• Morancho Llena, Enric
• Moreto Planas, Miquel
• Navarro Moldes, Leandro
• Olive Duran, Angel
• Otero Calviño, Beatriz
• Pajuelo Gonzalez, Alex
• Parcerisa Bundo, Joan Manuel
• Pastor Llorens, Enric
• Perello Muntan, Jordi
• Reyes Muñoz, Angelica
• Rodriguez Luna, Eva
• Royo Valles, Maria Dolores
• Salami San Juan, Esther
• Sanchez Carracedo, Fermin
• Sanchez Lopez, Sergio
• Santos Boada, German
• Serral Gracia, Rene
• Sole Pareta, Josep
• Torres Viñals, Jordi
• Tous Liesa, Ruben
• Tubella Murgadas, Jordi
• Utrera Iglesias, Gladys Miriam
• Valero Cortes, Mateo
• Valero Garcia, Miguel
• Velasco Esteban, Luis Domingo
• Verdu Mula, Javier

• Alarcon Cot, Eduard
• Alvarez Marti, Lluc
• Arias Vicente, Marta
• Armejach Sanosa, Adria
• Arnau Montañes, Jose Maria
• Berral Garcia, Josep Lluis
• Cazorla Almeida, Francisco Javier
• de Almeida Amazonas, Jose Roberto
• Giro Nieto, Xavier
• Kosmidis, Leonidas
• Marinescu, Maria Cristina
• Oller Arcas, Antonio
• Peña Monferrer, Antonio Jose
• Perez Casany, Marta
• Riera Villanueva, Marc
• Silfa Feliz, Franyell Anotnio
• Vazquez, Mariano