Observatorio de I+D+i UPM

Memorias de investigación
Thesis:
HARDWARE ACCELERATION OF MONTE CARLO-BASED SIMULATIONS
Year:2011
Research Areas
  • Microelectronics
Information
Abstract
Durante los últimos años ha habido un enorme avance en la tecnología y capacidades de las FPGAs. Tradicionalmente, las FPGAs se han utilizado principalmente para el desarrollo de prototipos, ya que ofrecen importantes ventajas a un bajo coste: flexibilidad y facilidad de verificación. Su flexibilidad permite la implementación de las diferentes versiones de una aplicación determinada y permite a los diseñadores modificar las implementaciones hasta el último momento, o incluso corregir errores una vez que el producto esta siendo utilizado. En segundo lugar, la verificación de un diseño en una FPGA es más fácil y más sencillo que en ASIC, donde requieren un esfuerzo de verificación enorme. Además de estas ventajas, los avances tecnológicos han permitido FPGAs con grandes capacidades a la vez que se ha aumentado su rendimiento. Y aunque las FPGAs no sean tan eficientes como los ASIC en términos de rendimiento, recursos o el consumo de potencia, hoy en día pueden ofrecer un mejor rendimiento que un sistema estándar o que uno basado en procesadores digitales de señal (DSP). Esto, junto con la enorme capacidad de recursos lógicos alcanzada por las tecnologías de hoy, hace de las FPGAs una opción atractiva para la implementación de sistemas digitales complejos. Además, con su recientemente adquirida capacidad de procesamiento de señal digital, las FPGAs están ampliando su rol tradicional de prototipos al rol de coprocesador para descargar de cálculos intensivos a los procesadores estándar. Esta tesis se centra en el último punto, el uso de FPGAs para acelerar las aplicaciones com- putacionalmente intensivas. El uso de FPGAs para la aceleración de hardware es un área activa de investigación. Sin embargo, todavía hay varios desafíos relativos al uso de FPGAs como aceleradores: ? Disponibilidad de cores de implementación. Capacidad y rendimiento de las FPGAs. ? Necesidad de métodos, algoritmos y técnicas adecuadas para FPGAs. ? Herramientas de diseño. ? Co-diseño de Hardware-Software y su integración El estudio detallado de cada uno de estos cinco desafíos relacionados con la aceleración de hard- ware no es factible en tan sólo una tesis. La gran variedad de aplicaciones que pueden ser aceleradas y las diferentes características entre ellas, implica que la complejidad de cada tarea es alta. Por lo tanto, en esta tesis se ha elegido un conjunto de aplicaciones a estudiar, y se ha llevado a cabo la implementación de una aplicación real de este subgrupo. La selección de un subconjunto de aplicaciones complejas, en nuestro caso las simulaciones Monte Carlo, nos permite hacer un análisis general de la aceleración de hardware, nuestro campo principal, desde el estudio, análisis y diseño de una aplicación en particular. Este conjunto de aplica- ciones tiene varias características compartidas con otras aplicaciones y nos permite hacer un análisis general de la aceleración de hardware desde el estudio, análisis y diseño de una aplicación dada. En concreto, hemos seleccionado una aplicación financiera, la simulación del LIBOR Market Model basado en Monte Carlo. El desarrollo de las aplicaciones en FPGAs a partir de cero es casi imposible y la disponibilidad de los cores es una necesidad para acortar el tiempo de desarrollo. Siguiendo esta idea, uno de nuestros principales objetivos es el estudio de los elementos comunes que juegan un papel clave en las simulaciones de Monte Carlo y en la aplicación seleccionada (y compartidos con muchas otras aplicaciones). Dos elementos comunes han sido destacados: ? Los generadores de números aleatorios que se requieren para las variables aleatorias subya- centes. ? Los operadores de punto flotante, que son los elementos base para implementar los modelos matemáticos que se evalúan. De esta manera, el primer objetivo de esta Tesis es el estudio, diseño e implementación de gen- eradores de números aleatorios.
International
Si
Type
Doctoral
Mark Rating
Sobresaliente cum laude
Date
21/11/2011
Participants
  • Director: M. Luisa Lopez Vallejo (UPM)
  • Autor: Pedro Echeverría Aramendi
Research Group, Departaments and Institutes related
  • Creador: Grupo de Investigación: Laboratorio de Sistemas Integrados (LSI)
  • Departamento: Ingeniería Electrónica
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