Arquitecturas microelectrónicas para aplicaciones de procesamiento numérico local

Abstract

En el caso particular de la presente tesis, se ha considerado la necesidad de aplicar el método iterativo (por iteraciones) de diseño en ingeniería para resolver dos problemas complejos de procesamiento numérico, aplicados en sistemas robustos que deben trabajar en ambientes industriales y, de ser posible, estar implementados en una FPGA verificando la factibilidad de integrarse en un ASIC, de bajo consumo de potencia. Con esta premisa en mente la tesis se ha centrado en el análisis de dos problemas reales particulares: por un lado, a la problemática de la localización de un objeto móvil en un ambiente industrial altamente ruidoso, tal como el esperado en una instalación portuaria o industrial, con decenas de operarios y de máquinas automatizadas que deben mover o procesar gran cantidad de material con el mínimo riesgo para las personas involucradas. Cabe aquí anotar que este problema fue el que dio inicio a esta tesis, enmarcada dentro del proyecto inter nacional denominado “3D Gigascale Integrated Circuit for Nonlinear Computation, Filter and Fusion with applications in Industrial Field Robotics” [2], financiado por la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica de Argentina, en el cual participaban destacados investigadores de Argentina, Estados Unidos, Australia y Costa Rica, el cuál incluía los fondos necesarios para la fabricación de los prototipos ASIC. Este proyecto se nutría de la experiencia del DCILab no solo en desarrollo en FPGAs, tal como ya se vio en [13], así como en múltiples aplicaciones ya integradas en silicio, como las descritas en [14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21], algunas de las cuales se retomarán más adelante como base para las soluciones que se propondrán en esta tesis. Sin embargo, dicho proyecto se vio afectado por la crisis económica Argentina, lo que impidió al final contar con los fondos esperados, y obligó a reorientar parcialmente la tesis. Por otro lado, a consecuencia de los buenos resultados obtenidos en la pasantía de investigación, realizada como parte de los requisitos del programa de doctorado, se determinó la importancia de desarrollar un sistema local para la estimación de parámetros eléctricos de un sistema fotovoltaico, que permite el monitoreo en tiempo real de la potencia suministrada, con miras a la administración automática de una red inteligente compuesta por decenas o centenas de paneles solares. El reto al que se enfrentó ´esta tesis fue por tanto establecer una metodología para implementar los dos sistemas, que por estar descritos mediante ecuaciones diferenciales no lineales presentan un alto grado de complejidad algorítmica. Además, aprovechar las capacidades de procesamiento numérico de las arquitecturas a gran escala VLSI (del inglés, Very Large Scale Integration), ya sea implementadas en una FPGA o en un ASIC, para ofrecer soluciones que sirvan de base para la construcción de sistemas de producción y generación más eficientes, seguros y confiables –incluso en términos energéticos– brindando así un mejoramiento en las condiciones existenciales de la humanidad.