Projetos em Andamento

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• Estudo Exploratório De Técnicas E Mecanismos Para Paralelização Automática E Offloading De Código Em Sistemas Heterogêneos (Pa-Code-Offload) - Prof. Rogério Aparecido Gonçalves
  Resumo: As plataformas modernas de processamento paralelo cada vez trazem aos usuários sistemas multicore com novos recursos, como suporte à vetorização. Essas plataformas reúnem elementos heterogêneos, que vão de CPUs multicore a GPUs manycores. Quando esses elementos são integrados, o poder de processamento dessas plataformas pode ser potencializado. Entretanto, do lado do software há a necessidade de modernização de aplicações de código legado para usarem esses novos recursos. Mesmo na utilização desses recursos em sistemas multicore, pode ser que a capacidade de processamento seja excedida, assim surge a necessidade de paralelização do código das aplicações para usarem o poder computacional dos processadores e, se necessário, fazer offloading de código para dispositivos aceleradores. O uso de aceleradores para se fazer offloading de regiões de código paralelizáveis é possível utilizando-se diretivas de compilação ou ferramentas de compilação na detecção automática dessas regiões. No trabalho de Gonçalves (2016) foi desenvolvido um runtime relacionado com paralelização automática e offloading de código baseado em versões de código para laços paralelos em OpenMP e preparado com funções alternativas com versões do código para aceleradores, como GPUs. A decisão em fazer ou não o offloading de código é tomada automaticamente em tempo de execução baseada na intensidade operacional. Neste projeto, buscamos a continuidade no desenvolvimento de melhorias e de temas propostos como trabalhos futuros e outros temas relacionados à Computação Paralela, Compiladores e Runtimes.

• Cyber Resistance - Plataforma gamificada para aprendizado de Segurança Cibernética - Prof. Rodrigo Campiolo
  Resumo: A área de Segurança Cibernética, ou Cibersegurança, está em crescente destaque devido ao seu papel na proteção dos sistemas e infraestruturas digitais das ameaças cibernéticas. No entanto, formar profissionais nessa área é desafiador, visto que exige conhecimentos avançados em muitas outras áreas e dedicação contínua. Por consequência, muitos estudantes iniciam os estudos e acabam desistindo, seja por dificuldade de aprendizado ou engajamento. Uma abordagem promissora para abordar essas questões é o uso de jogos eletrônicos educacionais. Esses jogos podem ser usados para manter a motivação dos estudantes, provendo um ambiente que incentive o aprendizado por meio da superação de desafios e competitividade. Já existem vários desses jogos direcionados à cibersegurança, no entanto, apresentam-se mais como ferramentas para aperfeiçoamento em diferentes tópicos na área. Considerando a importância da cibersegurança na sociedade atual e a necessidade de formar profissionais qualificados na área, propõe-se nesta pesquisa o desenvolvimento de um jogo eletrônico em cibersegurança que aborda os aspectos educacionais e as etapas de formação de um profissional em cibersegurança. Sendo assim, objetiva-se o desenvolvimento de uma plataforma gamificada para o ensino e aprendizado de segurança cibernética, considerando os aspectos educacionais por meio de um processo linear e didático. Dessa forma, espera-se manter os alunos engajados e motivados pelo enredo e desafios propiciados pelos jogos eletrônicos, e, ao mesmo tempo, formar profissionais qualificados na área de segurança cibernética. Pretende-se adotar uma metodologia investigativa para identificar as principais formas de gamificar atividades em cibersegurança e usar tecnologias atuais para prover um ambiente gráfico em conjunto de um enredo que engaje os alunos nos estudos. Como resultados, espera-se obter um protótipo funcional de jogo educacional, que possibilite adicionar novos módulos a partir de novas pesquisas.

• Estudo e Desenvolvimento de Técnicas de Baixo Custo Computacional para Treinamento e Inferência em Modelos de Aprendizagem de Máquina para Processamento de Áudio - Prof. Juliano Henrique Foleis
  Resumo: Nos últimos anos algoritmos de aprendizagem de máquina vem revolucionando a computação como um todo. A capacidade de interpretação de dados sensoriais desses algoritmos são responsáveis cada vez mais pela automação de processos que antes só podiam ser executados por humanos. Entretanto, o alto custo computacional para treinamento e inferência de modelos e a grande quantidade de dados necessária dificulta o uso desses algoritmos em diversas aplicações de menor escala. É o caso, por exemplo, de aplicações de monitoração do meio-ambiente e segurança pública baseados em técnicas de visão computacional e processamento de áudio em dispositivos embarcados. O objetivo principal deste projeto é estudar e desenvolver técnicas de aprendizagem de máquina para processamento de áudio que possam ser executadas em ambientes com poder computacional reduzido que sejam competitivos com o estado da arte. O conhecimento adquirido e o software desenvolvido neste projeto podem ser usados para a criação de novos produtos e a viabilização de projetos de menor porte que dependem de algoritmos de inteligência artificial.

• Eficiência energética na arquitetura de memória em sistemas computacionais por meio de aproximação - Prof. João Fabrício Filho
  Resumo: A computação aproximada explora a tolerância a erro das aplicações para obter ganhos em energia ou desempenho. Dentre as diversas formas de exploração do erro, destaca-se a alteração de parâmetros da arquitetura de memória, que pode gerar ruído nos dados armazenados e acessados, manifestados em bitflips que podem afetar os dados das aplicações. Contudo, toda aplicação possui dados críticos que, se expostos a erros, podem ocasionar quebras de execução, sem gerar uma saída, ou a inutilização de uma saída, desperdiçando recursos computacionais nessa execução. A identificação de dados críticos depende do contexto e da alocação de dados da aplicação. Além disso, os ganhos da aproximação dependem dos parâmetros ajustados, que, para gerar melhor ganho energético ou de desempenho, devem ser uma configuração específica entre aplicação, ambiente e técnica de aproximação. O objetivo deste projeto de pesquisa é maximizar os ganhos de energia e desempenho em memórias aproximadas por meio da exploração de interfaces para atenuação do impacto do erro nos dados das aplicações. Para tanto, diversas abordagens deverão ser exploradas, como a de heurísticas para configuração, aproximação de múltiplos parâmetros, proteção de dados na instrução e benchmarks para computação aproximada. Espera-se que essas abordagens auxiliem tanto na identificação de dados críticos, para atenuar o impacto dos erros diminuindo quebras de execução, quanto para configurar os parâmetros de aproximação com menor impacto no desempenho, e ainda melhorar os ganhos de energia.

• Carona Consciente: aplicativo móvel para conectar motoristas e comunidade acadêmica da UTFPR em translados locais - Prof. Ivanilton Polato
  Resumo: Conectar motoristas e passageiros em viagens coletivas é um mecanismo consciente de promover sustentabilidade de maneira prática. Muitas vezes motoristas desconhecem que colegas de trabalho e/ou estudo podem estar se deslocando para locais próximos de sua rota diária. Em muitos casos, apenas a conversa cotidiana não é capaz de levantar essas questões. Com foco nesse contexto, e após relatos de acadêmicos da UTFPR, esse projeto tem como objetivo desenvolver um aplicativo móvel capaz de conectar de forma segura a comunidade acadêmica para a promoção de caronas em deslocamentos entre a cidade e o campus da UTFPR de Campo Mourão . Já existem iniciativas no campus, como um local para que os passageiros aguardem por uma carona solidária, mas, por vezes os passageiros em espera não conseguem se conectar com os motoristas em passagem pelo local. Assim, o aplicativo pode facilitar a conexão, em especial ajustando os horários de partida entre motoristas e passageiros, bem como quantidade de vagas disponíveis no veículo, local de origem e destino do translado. Como resultado, o aplicativo desenvolvido pode beneficiar a comunidade acadêmica de maneira a promover o uso sustentável de veículos automotores. Ademais, o aplicativo desenvolvido pode ser aplicado em outros campus da UTFPR que o desejarem, consolidando ainda mais a iniciativa proposta.

• Rastreador de olhar de alta velocidade e baixo custo baseado em iluminação estruturada usando sensores de baixa resolução e estimativa do ponto focal por aprendizado de máquina - Prof. Frank Helbert Borsato
  Resumo: Um rastreador de olhar (RO) é um dispositivo que mensura os movimentos dos olhos e é comumente utilizado para estimar o ponto focal. Atualmente, ROs baseados em vídeo se destacam, geralmente utilizando luz infravermelha para a captura das imagens. O rastreamento ocular móvel ainda enfrenta vários desafios. ROs comerciais head mounted e móveis ainda são caros para uso geral e, até recentemente, eram limitados a 60 Hz. ROs mais rápidos fornecem uma maior flexibilidade para filtragem de dados e detecção de eventos mais confiável, particularmente importante para aplicações de interação humano-computador (IHC). Para abordar os desafios mencionados, propomos uma nova técnica de rastreamento ocular baseada em sensores de baixa resolução e alta velocidade. Nossa técnica utiliza conversores analógico-digitais discretos de alta resolução combinados a iluminação estruturada diferencial estroboscópica para capturar imagens da pupila sob diferentes condições de iluminação, assim como a estimativa do ponto focal por aprendizado de máquina diretamente a partir das imagens do olho. A iluminação estruturada diferencial estroboscópica já foi proposta pelo proponente para explorar a robustez e baixo custo computacional da iluminação diferencial aplicada a detecção de pupila. Para aumentar a robustez em ambientes externos ricos em infravermelho, nós propomos a captura da imagem do olho com a pupila escura, pupila clara, e também com o olho sem iluminação estruturada. A terceira imagem será utilizada como um componente negativo para compensar a luz ambiente e os reflexos na córnea. É importante ressaltar que tal uso é inviável usando câmeras tradicionais devido a insuficiente taxa de captura disponível. Nossa técnica também tem o potencial de reduzir o consumo de energia, essencial para usos móveis e pervasivos. Para avaliar a viabilidade da técnica proposta, vamos trabalhar em um modelo teórico como prova de conceito e construir um protótipo em um estágio posterior.

Outros projetos podem ser consultados no link do Sispeq UTFPR