Arquitectura de procesadores especializados en cálculo geométrico. Aplicación a procesos de fabricación

Resumen

Esta tesis doctoral presenta la concepción y realización de un modelo de procesamiento que se adecua a los requerimientos de computación propios del ámbito de los procesos de fabricación, en los que es determinante la naturaleza geométrica de los operandos con los que se trabaja, La investigación se corresponde, en sus fases iniciales, con la exploración en lo que se refiere a las tecnologías y las funcionalidades del procesamiento de datos de índole geométrica en consonancia con las restricciones específicas de los procesos de fabricación. El análisis realizado ha proporcionado información de gran relevancia en lo que respecta al tipo de funciones propias del ámbito industrial y al tipo de datos con los que han de operar las máquinas herramienta. Entre las funciones que se requieren en los procesos industriales destacan un elevado número de ellas con marcado carácter geométrico, es decir, que operan con datos que corresponden a objetos del espacio bidimensional o tridimensional. El cálculo de estas funciones implica un elevado coste computacional. Por otra parte, los operandos de estas funciones están expresados mayoritariamente en formato decimal, debido a las características de los sensores y actuadores y a la intervención del usuario en las tareas de monitorización del proceso industrial. Es esencial, por tanto, obtener métodos de cálculo que operen con datos representados originalmente mediante formato decimal, sin menoscabo de utilizar para ello los recursos característicos de los computadores digitales actuales. El modelo computacional que se propone se orienta al cálculo de funciones de tipo geométrico con operandos decimales. La solución planteada debe cumplir el requisito de conjugar adecuadamente la obtención de determinada precisión en los resultados con el tiempo de procesamiento empleado para ello. Este modelo se implementa como una técnica iterativa que, en cada etapa, proporciona una aproximación hacia el resultado con precisión creciente. La instrumentación concreta del modelo propuesto se fundamenta en estrategias mixtas que implican la utilización de circuitos combinacionales junto con el soporte que proporcionan las tablas de datos precalculados. La instrumentación realizada se evalúa atendiendo en primer lugar a aspectos de precisión en los resultados de funciones geométricas de carácter genérico. Se traslada el prototipo a un lenguaje de descripción hardware, de modo que la arquitectura resultante se sintetiza sobre una herramienta que proporciona información en cuanto a la latencia de las iteraciones del método y a los recursos empleados en relación a una plataforma de lógica programable concreta. Se comparan los resultados obtenidos con los que corresponden a otros métodos iterativos de características similares. Se verifica la utilidad del modelo para la aproximación de funciones específicas del entorno industrial cuya obtención es muy costosa desde el punto de vista computacional. Se compara el rendimiento que proporciona el nuevo método desarrollado con el que corresponde a otras técnicas.