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DIRECCION
Campus de Elviña 15071
A Coruña
Correo electrónico: gac-udc@udc.es
DESCRIPCION
GAC es el acrónimo de Grupo de Arquitectura de Computadores, grupo de investigación del Departamento de Electrónica y Sistemas (DES) de la Universidad de A Coruña (UDC).
Los miembros de GAC desarrollan sus actividades docentes y de investigación sobre la arquitectura de computadores, la computación de altas prestaciones, la visualización científica y robótica móvil y los sistemas de información geográfica.
LINEAS DE INVESTIGACION
1. COMPUTACION PARALELA Y DISTRIBUIDA
- Compiladores para arquitecturas paralelas:
Generación automática de código paralelo: se direcciona la paralelización automática de programas secuenciales; se aborda el desarrollo de técnicas de compilación para convertir un programa secuencial en un programa concurrente ejecutable en arquitecturas multi-core y many-core.
En concreto, trabajan en el desarrollo de técnicas de análisis avanzado de programas para descubrir el paralelismo implícito en los programas secuenciales y el desarrollo de técnicas de transformación de código orientadas a la construcción de la versión paralela más eficiente de un programa secuencial.
Optimización iterativa: el grupo está trabajando en la optimización iterativa de códigos sobre arquitecturas heterogéneas que incluyen GPUs y/o CPUs. La optimización iterativa permite generar un enorme número de versiones optimizadas de la misma aplicación y selecciona la versión más rápida para una arquitectura dada por medio de modelos analíticos, heurísticas o la ejecución del código real.
- Lenguajes y librerías para computación paralela:
El grupo diseña y elabora herramientas (Servet) y librerías (HTA, UPCBLAS) para mejorar la productividad de los programadores, en especial en el desarrollo de aplicaciones paralelas.
Servet es un conjunto de benchmarks portables usados para medir los parámetros hardware más representativos que permitan la optimización automática de aplicaciones en clusters de multicores. Hierarchically Tiled Array o HTA es una librería diseñada para facilitar la escritura de programas basados en bloques en lenguajes orientados a objetos.
Su fin es mejorar la localidad de los accesos a memoria y facilitar al programador la explotación del paralelismo de datos. UPCBLAS es una librería numérica paralela para computaciones con matrices densas utilizando el lenguaje de programación PGAS (Partitioned Global Address Space) UPC (Unified Parallel C).
La popularidad de los lenguajes PGAS se incrementó en los últimos años gracias a su alta programabilidad y rendimiento, especialmente en arquitecturas jerárquicas como los clusters de multicores.
Sus propuestas -que cubren sistemas de memoria distribuida, compartida e híbrida- dan lugar a códigos mejor estructurados, más legibles y fáciles de mantener que aquellos construidos con las herramientas estándar, mientras que el rendimiento es muy similar. Gran parte de esta investigación se ha desarrollado en colaboración con universidades líderes como la University of Illinois at Urbana-Champaign o empresas de primer nivel como HP ó IBM.
- Tolerancia a fallos y maleabilidad de aplicaciones paralelas:
Los sistemas usados para le ejecución de aplicaciones paralelas de larga duración deberían proporcionar algún mecanismo de tolerancia a fallos ya que la probabilidad de fallo aumenta con el tiempo de ejecución y el número de nodos.
El checkpointing y la posterior recuperación es una de las técnicas más populares para proporcionar soporte de tolerancia a fallos. Nosotros hemos desarrollado CPPC (ComPiler for Portable Checkpointing), una herramienta de tolerancia a fallos a nivel de aplicación para aplicaciones paralelas de paso de mensajes diseñada con especial énfasis en la portabilidad.
Actualmente, se explora la posibilidad de implementar maleabilidad en las aplicaciones MPI como una extensión de la herramienta CPPC, de forma que la aproximación final permita la reconfiguración transparente durante la ejecución de la aplicación.
- Computación de propósito general sobre GPUs:
Se está trabajando en el desarrollo de una herramienta que permita la implementación automática o semiautomática de un algoritmo sobre una GPU.
Otra meta de esta investigación es la implementación de bibliotecas de funciones para sistemas multi-GPU que faciliten el desarrollo de aplicaciones que necesiten una comunicación eficiente entre las diferentes GPUS.
En ambos casos se plantea que el trabajo desarrollado sea útil para los principales lenguajes de programación usados en este tipo de sistemas, como OpenCl y Cuda.
2. COMUNICACIONES JAVA
- Comunicaciones Java de alta velocidad:
Actualmente se esta trabajando en middleware de comunicaciones de baja latencia en Java para redes de altas prestaciones tales como 10/40 Gigabit Ethernet e InfiniBand.
El middleware desarrollado soporta comunicaciones mediante paso de mensajes (Fast MPJ), además de permitir la aceleración de las comunicaciones de forma transparente para el usuario (Java Fast Sockets).
Su objetivo principal es la reducción del tiempo de respuesta de aplicaciones paralelas y distribuidas en Java, algo estratégico en numerosos ámbitos como el trading financiero.
3. MICROPROCESADORES DE ALTAS PRESTACIONES:
- Diseño de microarquitectura de computadores:
El GAC participó en el desarrollo de SESC, un simulador microarquitectural de investigación usado en todo el mundo. El grupo también innova en este campo proponiendo nuevas arquitecturas y políticas de gestión de la jerarquía de memoria con el objetivo de reducir tanto los tiempos de ejecución como la energía consumida por la ejecución de aplicaciones en sistemas de un solo procesador y multicores.
- Diseño de aceleradores hardware para multimedia y computación eficiente:
La diferencia entre microprocesadores y circuitos de aplicación específica crece de forma sostenida. La aceleración hardware es, por tanto, una herramienta poderosa para reducir costes y mejorar en el respeto al medio ambiente.
Mientras que los costes de diseñar y manufacturar circuitos de aplicación específica es muy elevado, existen varias alternativas disponibles, tales como FPGAs, ASICs estructurados o ASIPs. En su mayor parte, las nuevas plataformas provienen del mundo de los sistemas empotrados, donde ya han aportado velocidad y bajo consumo.
Esta línea de investigación explora el potencial de mapear las tareas más comunes sobre aceleradores hardware con el propósito de mejorar la eficiencia energética, aumentar la velocidad y reducir la cantidad de hardware necesario.
Los principales escenarios que se contemplan son la computación de altas prestaciones, Software-as-a-Service y Web 2.0, donde un gran número de servidores pueden compartir un número reducido de aceleradores que se hacen cargo de las tareas de más peso.
- Modelado y predicción del rendimiento de la jerarquía de memoria:
El grupo ha desarrollado una herramienta analítica que permite predecir de forma precisa el comportamiento caché. Su plataforma -que permite obtener predicciones en menos de un segundo- requiere como entrada el código fuente y la configuración de la jerarquía de memoria.
Esta aproximación es totalmente automatizable y puede ser usada en un compilador. Esta herramienta ha sido usada de forma exitosa para guiar optimizaciones de compilación complejas tales como la selección del tamaño de bloque óptimo así como para predecir el peor tiempo de ejecución en sistemas en tiempo real.
4. ROBOTICA MOVIL
Uno de los desafíos en robótica es la integración de robots en los ambientes cotidianos, para ello es necesario desarrollar un sistema de despliegue rápido y sencillo que permita a los robots salir de los centros de investigación y estar fuera de la continua supervisión de expertos en robótica.
Los robots deberían poder ser instalados y puestos en operación en cortos periodos de tiempo.
En esta línea, los principales objetivos de GAC son: evitar completamente predefinir el control de los robots y aprender este control a partir de la interacción con el entorno y de la observación de los seres humanos; identificar y localizar personas y robots en interiores; e interactuar con la gente de modo amigable y natural.
Otra importante cuestión es permitir que los robots se muevan autónomamente en entornos no estructurados, complejos y dinámicos. Para ello es necesario desarrollar eficientes sistemas de percepción 3D, métodos de representación del entorno y fusión de datos sensoriales.
Finalmente, los robots tienen que mapear y localizarse a si mismos en su entorno. Estamos desarrollando algoritmos para localizar el robot a partir de mapas conocidos y para simultáneamente mapear y localizar el robot en el entorno.
Como sensores principales se usan cámaras de omnivisión, cámaras estéreo, sensores Kinect y láseres 3D.
5. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA
Esta línea de investigación se inició en el 2000 con un proyecto sobre sistemas de ayuda para procesos de concentración parcelaria. Las líneas de trabajo actuales se centran en el desarrollo de sistemas de información SIG-web y en la aplicación de algoritmos heurísticos para la resolución de problemas con componentes de tipo geográfico.
En la mayoría de los proyectos que se llevan a cabo se prima el uso de software libre y de estándares SIG, contribuyendo al desarrollo de las llamadas Infraestructuras de Datos Espaciales.
Los principales campos de aplicación de las investigaciones y trabajos que se realizan son la ordenación territorial y el desarrollo rural. Cabe destacar la contribución realizada en estos campos a la innovación dentro de la administración pública.
Gracias a contratos con distintas administraciones se han desarrollado sistemas que además de mejorar la gestión, fomentan y facilitan la participación pública, la transparencia y el gobierno electrónico.
Otro campo de trabajo dentro de esta línea es la aplicación de técnicas de computación de altas prestaciones a los SIG.
Actualmente se está trabajando en la paralelización de algoritmos para el desarrollo de planes urbanísticos sobre sistemas multinúcleo y clusters y es un campo de trabajo en el que se pretende profundizar.
Entre los planes de trabajo futuro se encuentra la aplicación de este tipo de técnicas a algoritmos de teledetección, los cuales también presentan importantes requerimientos computacionales.
ACTIVIDADES
La investigación del grupo con mayor potencial de transferencia de tecnología en los últimos años se centro en:
Computación de altas prestaciones (HPC):
Comunicaciones Java de alta velocidad:
Software de comunicaciones de baja latencia para redes de altas prestaciones
Reducción del tiempo de respuesta de aplicaciones distribuidas y paralelas en Java
Aplicaciones al sector financiero/trading, energía, defensa/espacio
Modelos gráficos por computador y visualización científica.
Visualización híbrida de terrenos: aplicaciones en ordenación territorial, inventario agroforestal, predicción de riesgos climatológicos…
Supercomputación/simulación basada en GPUs: aplicaciones para dispositivos móviles, reducción del consumo de energía en aplicaciones móviles, cálculos financieros…
Cloud computing.
Integración de recursos computacionales en clouds híbridos público/privados.
Aplicaciones intensivas en datos en el cloud.
Sistemas de información geográfica (SIG):
Desarrollo de sistemas SIG-web basados en software libre y estándares geoespaciales.
Desarrollo de aplicaciones para dispositivos móviles.
Implementación de algoritmos para problemas con altos requerimientos computacionales.
Aplicaciones de los SIG a diversos sectores: gobierno electrónico, ordenación territorial, desarrollo rural, meteorología...
PROYECTOS
- Financiación de la Fundación Barrié. HPC4HPT: High Performance Computing for High Performance Trading (2011 - 2013).
- Financiación del Ministerio de Ciencia e Innovación. Arquitecturas, Sistemas y Herramientas para Computación de Altas Prestaciones (2010 - 2012).
- Financiación de la Xunta de Galicia. Soporte para Aplicaciones de paso de Mensajes en Supercomputadores: Tolerancia a Fallos y Maleabilidad (2010 - 2013).
- Financiación de la Xunta de Galicia. Programa de consolidación y estructuración de unidades de investigación competitivas: Red - GHPC2 (2010 - 2011).
- Financiación de la Xunta de Galicia. Programa de consolidación y estructuración de unidades de investigación competitivas (2010 - 2012).
- Financiación de la Xunta de Galicia. Sistema de Información Geográfica para la Gestión y Difusión de la Información Meteorológica y Oceanográfica de Galicia (2009-2012).
- Financiación de la Xunta de Galicia. Sistemas de Información Geográfica para Planeamiento Urbanístico y Ordenación Territorial mediante Técnicas de Optimización sobre Procesadores Multinúcleo (2008 - 2011).
- Financiación de la Xunta de Galicia. Explotación de Sistemas Hardware para la Síntesis de Imágenes en Tiempo Real (2008 - 2011).
- Financiación de la Xunta de Galicia. Mejora de la Programabilidad y del Rendimiento en las Nuevas Generaciones de Computadores Basados en Procesadores Multinúcleo (2008 - 2011).
- Financiación de la Xunta de Galicia. Aprendizaje de Comportamientos Autoadaptables en Robótica usando Percepción 3D en Entornos no Estructurados y muy Concurridos (2008 - 2011).
- Financiación del Ayuntamiento de Lugo. Estudio Histórico-Geográfico del trazado de la vía romana XIX del itinerario del Antonino a su paso por el municipio de Lugo y construcción de un Sistema de información geográfica. Ayuntamiento de Lugo. Año 2007.
- Financiación de la Xunta de Galicia. Programa de consolidación y estructuración de unidades de investigación competitivas: Red - GHPC (2007 - 2009).
- Financiación de Ministerio de Educación y Ciencia. Soporte Hardware y Software para Computación de Altas Prestaciones II (2007 - 2010).
- Financiación de la Xunta de Galicia. Arquitectura Software y Marco Metodológico Basados en Modelos Formales para la Generación Sistemática de Herramientas de Administración de Sistemas. Desde 2006.
- Financiación de la Xunta de Galicia. Programa de consolidación y estructuración de unidades de investigación competitivas (2006 - 2009).
- Financiación de la Xunta de Galicia (Consejería de Educación y Ordenación Universitaria). Red Universitaria Gallega de Sistemas de Información Geográfica. Desde 2006.
- Financiación de la Xunta de Galicia (Consejería de Educación y Ordenación Universitaria). Red Mathematica Consulting & Computing de Galicia. Desde 2006. Proyecto internacional CYTED. Tecnología Grid como Motor del Desarrollo Regional. Desde 2006.
- Financiación de la Xunta de Galicia. Creación de un Sistema de Información Catastral en la Parroquia de Vilcabamba, Cantón de Loja, Ecuador (2005 - 2006).
- Financiación de Ministerio de Educación y Ciencia. Soluciones Middleware y Hardware en Computación de Altas Prestaciones: Aplicación a Códigos Multimedia y de Simulación. Desde 2004.
- Financiación de la Xunta de Galicia. Aplicaciones Distribuidas Tolerantes a Fallos: Extensión a Computación Grid. Desde 2004.
- Financiación de la Xunta de Galicia. Tecnología SIG y Web para la Dinamización del Mercado de Tierras en Galicia (2003 - 2006).
- Financiación de la Xunta de Galicia. Desarrollo de Sistemas Software/Hardware para Gráficos 3D, Animación y Realidad Virtual (2003 - 2006).
- Financiación de la Xunta de Galicia. Red Gallega de Computación Grid y Procesamiento Distribuido (2003 - 2004).
- Financiación de la Unión Europea (Contrato de Asistencia Técnica Universidad de A Coruña - Universidad de Santiago de Compostela). Realización de la tarea "Weather Forecast and Air Pollution Modelling" dentro del proyecto europeo "Development of Grid Environment for Interactive Applications" (2003 - 2005).
- Financiación de la Xunta de Galicia. Ampliación de cluster de procesadores. 2002.
- Financiación del Ministerio de Educación y Ciencia. Computación de Altas Prestaciones para Rendering. Explotación de la Jerarquía de Memoria y Proyección de Algoritmos en Hardware (2001 - 2004).
CONVENIOS
- Convenio con Hewlett-Packard, S.L. Improving UPC Usability and Performance in Constellation Systems: Implementation/Extension of UPC Libraries (2008 - 2011).
- Convenio con la Consejería de Medio Rural de la Xunta de Galicia. Sistema de información para a xestión de banco de terras de Galicia. Desde 2006.
- Convenio con el Ayuntamiento de Lugo. Actividades de apoio e asesoramento na formulación dun sistema de GIS corporativo. Desde 2007.
- Contrato de investigación con la empresa Ignacio Benedetti Cinema S.L. Animación de Imágenes Sintéticas a partir de Imágenes Reales usando Rotoscopía. Desde 2006.
- Convenio con el Dpto. de Ingeniería Agroforestal de la Universidad de Santiago de Compostela. Aplicación SIG de Alto Rendimiento para la Elaboración de la Encuesta de Infraestructuras y Equipamiento Local de la Provincia de Lugo, Edición 2005. 2006.
- Convenio con la Fundación Centro Tecnológico de Supercomputación de Galicia. Especialización de Usuarios y Personal del CESGA en Computación de Altas Prestaciones - Segunda Edición (2005 - 2006).
- Convenio con la Fundación Centro Tecnológico de Supercomputación de Galicia. Especialización de Usuarios y Personal del CESGA en Computación de Altas Prestaciones (2004 - 2005).
- Convenio con Hewlett Packard Española S.L. (HP). Formación Especializada de Usuarios del Supercomputador HP Integrity Superdome (2004 - 2005).
- Convenio con el Centro de Supercomputación de Galicia (CESGA). Estudio e Implantación de una Plataforma de Computación basada en Tecnologías Grid (asesoría técnica) (2002 - 2004).
- Convenio con el Dpto. de Ingeniería Agroforestal de la Universidad de Santiago de Compostela (subcontrato para un proyecto técnico para la Diputación de Lugo). Diseño de una Aplicación SIG para la Elaboración de la Encuesta de Infraestructuras y Equipamiento Local de la Provincia de Lugo. 2002
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