High-Fidelity General-Purpose Robotic Simulation Framework for Artificially Intelligent Space Exploration Vehicles

2016 ◽  
Author(s):  
Shawn M. Walker ◽  
Jinjun Shan
Keyword(s):  
Space Exploration ◽  
General Purpose ◽  
High Fidelity ◽  
Simulation Framework ◽  
Robotic Simulation ◽  
Intelligent Space

Coupling EPIC to LS-DYNA for Simulation of Blast-Structure-Fragmentation Interaction

2010 ◽  
Author(s):  
David L. Littlefield ◽  
Kenneth C. Walls ◽  
Kent T. Danielson
Keyword(s):  
Finite Element ◽  
Large Scale ◽  
General Purpose ◽  
Structural Deformation ◽  
High Fidelity ◽  
High Fidelity Simulation ◽  
Finite Element Code ◽  
Simulation Framework

In this work we have coupled the EPIC code to the LS-DYNA code to provide a high-fidelity simulation framework for simulation of blast-structure-fragmentation interaction. The coupled code exploits the strengths of the two original codes: EPIC, which has special algorithms and models for weapons effects analysis, and LS-DYNA, which is a general purpose finite element code for modeling large-scale structural deformation. Example problems are shown which illustrate the advantages of this approach.

scholarly journals CIM-Powered Multi-Hazard Simulation Framework Covering both Individual Buildings and Urban Areas

2020 ◽  
Vol 12 (12) ◽  
pp. 5059
Author(s):  
Xinzheng Lu ◽  
Donglian Gu ◽  
Zhen Xu ◽  
Chen Xiong ◽  
Yuan Tian
Keyword(s):  
Urban Areas ◽  
Hazard Analysis ◽  
Practical Method ◽  
High Fidelity ◽  
University Campus ◽  
Simulation Framework ◽  
Multi Scale ◽  
Scientific Simulations ◽  
Improve Analysis ◽  
Disaster Scenario

To improve the ability to prepare for and adapt to potential hazards in a city, efforts are being invested in evaluating the performance of the built environment under multiple hazard conditions. An integrated physics-based multi-hazard simulation framework covering both individual buildings and urban areas can help improve analysis efficiency and is significant for urban planning and emergency management activities. Therefore, a city information model-powered multi-hazard simulation framework is proposed considering three types of hazards (i.e., earthquake, fire, and wind hazards). The proposed framework consists of three modules: (1) data transformation, (2) physics-based hazard analysis, and (3) high-fidelity visualization. Three advantages are highlighted: (1) the database with multi-scale models is capable of meeting the various demands of stakeholders, (2) hazard analyses are all based on physics-based models, leading to rational and scientific simulations, and (3) high-fidelity visualization can help non-professional users better understand the disaster scenario. A case study of the Tsinghua University campus is performed. The results indicate the proposed framework is a practical method for multi-hazard simulations of both individual buildings and urban areas and has great potential in helping stakeholders to assess and recognize the risks faced by important buildings or the whole city.

scholarly journals A fully parametric option in the LHCb simulation framework

2019 ◽  
Vol 214 ◽  
pp. 02024
Author(s):  
Benedetto Gianluca Siddi
Keyword(s):  
Magnetic Field ◽  
Particle Transport ◽  
General Purpose ◽  
Current Status ◽  
Detector Response ◽  
Simulation Framework ◽  
Present Contribution ◽  
Detector Resolution ◽  
Modular Software ◽  
Stable Particles

Faster alternatives to a detailed, GEANT4-based simulation are being pursued within the LHCb experiment. In this context the integration of the Delphes toolkit in the LHCb simulation framework is intended to provide a fully parameterized option. Delphes is a modular software designed for general-purpose experiments such as ATLAS and CMS to quickly propagate stable particles using a parametric approach and to provide reconstructed physical objects as output. It includes propagation inside a magnetic field and parameterized response for tracking and muon systems as well as calorimeters. Particle energies are computed by smearing the initial visible particles momentaaccording to detector resolution. The present contribution illustrates the current status of the Delphes toolkit in Gauss, the LHCb simulation framework. In this integration the particle transport performed by GEANT4 and subsequent mimicking of detector response and reconstruction has been replaced with a parametric response of the various detector elements. The implementation required sig-nificant changes to Delphes itself to constrain the particle transport inside the detector acceptance and to match the LHCb dipole magnetic field. The configuration of various parametrisations of resolution and efficiency is also a major aspect of the work to provide a fully functional simulation. The output of the resulting fast simulation is formatted in such a way that can be used in the LHCb physics analysis framework.

A Fast Design Space Exploration Method for Reconfigurable Architecture Based on Loop Optimization

2011 ◽  
Vol 467-469 ◽  
pp. 812-817 ◽  
Author(s):  
Dan Zhang ◽  
Rong Cai Zhao ◽  
Lin Han ◽  
Wei Fang Liang ◽  
Jin Qu ◽  
...  
Keyword(s):  
High Performance ◽  
Design Space Exploration ◽  
Design Space ◽  
Space Exploration ◽  
General Purpose ◽  
Parallel Execution ◽  
Data Reuse ◽  
Loop Optimization ◽  
Fpga Chip ◽  
The Times

Using FPGA for general-purpose computation has become a hot research topic in high-performance computing technologies. However, the complexity of design and resource of FPGA make applying a common approach to solve the problem with mixed constraints impossible. Aiming at familiar loop structure of the applications, a design space exploration method based on FPGA hardware constrains is proposed according to the FPGA chip features, which combines the features of the corresponding application to perform loop optimization for reducing the demand of memory. Experimental results show that the method significantly improves the rate of data reuse, reduces the times of external memory access, achieves parallel execution of multiple pipelining, and effectively improves the performance of applications implemented on FPGA.

Using the Moon as a high-fidelity analogue environment to study biological and behavioral effects of long-duration space exploration

2012 ◽  
Vol 74 (1) ◽  
pp. 111-120 ◽  
Author(s):  
Nandu Goswami ◽  
Peter G. Roma ◽  
Patrick De Boever ◽  
Gilles Clément ◽  
Alan R. Hargens ◽  
...  
Keyword(s):  
Space Exploration ◽  
Behavioral Effects ◽  
High Fidelity ◽  
The Moon ◽  
Long Duration

Simulating Geometric and Thermal Aspects of Powder-Jet Laser Additive Manufacturing

2016 ◽  
Author(s):  
Andrew Birnbaum ◽  
John G. Michopoulos ◽  
Athanasios P. Iliopoulos
Keyword(s):  
Additive Manufacturing ◽  
Mass Conservation ◽  
High Fidelity ◽  
Simulation Framework ◽  
Laser Additive Manufacturing ◽  
Functional Behavior ◽  
Material Deposition ◽  
Time Histories ◽  
Temperature Time ◽  
Fully Coupled

In order to predict the effects of energy and material deposition via laser and powder-jet based additive manufacturing methods, it is necessary to model a number of appropriate key process phenomena. In addition to solving the classical transient heat equation subject to a moving heat source, it is also critical that local, transient changes in domain geometry and properties also be addressed in order to approach as-build geometry and its associated functional behavior. Furthermore, the melting/solidification behavior of the deposited material may also need to be addressed due to its implications to local temperature-time histories. Finally, incorporating process parameters into a comprehensive simulation is also essential in providing accurate, high fidelity predictions. This work presents efforts at incorporating all of the above-mentioned phenomena via a finite element-based simulation framework to lay the groundwork for full-scale, fully coupled simulations of entire parts. A comparison of predictions including and omitting phase transformation effects along with mass conservation is also presented in the context of assessing the accuracy gained versus the requisite computational expense.

scholarly journals Design space exploration in near-data co-processors for general-purpose acceleration, in high-performance and low-power processing environments

2021 ◽  
Author(s):  
Αθανάσιος Τζιουβάρας
Keyword(s):  
Low Power ◽  
High Performance ◽  
Design Space Exploration ◽  
Design Space ◽  
Space Exploration ◽  
General Purpose

Οι σύγχρονες αρχιτεκτονικές υπολογιστών είναι αντιμέτωπες με ένα σοβαρό πρόβλημα που αφορά την κλιμάκωση της απόδοσης τους, καθώς η συμφόρηση της πληροφορίας έχει μετατοπιστεί από τον πυρήνα του επεξεργαστή στην μονάδα της κύριας μνήμης και στις λειτουργίες μεταφοράς δεδομένων. Το φαινόμενο αυτό μπορεί μερικώς να αποδοθεί στο τέλος της ισχύος του νόμου του Dennard και στην διαρκή μείωση του μεγέθους των τρανσίστορς. Ως αποτέλεσμα, η πυκνότητα ισχύος των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων έχει αυξηθεί τόσο, ώστε η λειτουργία των πολύ-πυρηνικών επεξεργαστών να επιτελείται σε τάσεις που βρίσκονται κοντά στην τάση κατωφλίου. Για να ξεπεράσουν το πρόβλημα αυτό, οι ερευνητές τείνουν να αποκλίνουν από τις κλασικές αρχιτεκτονικές προσεγγίσεις τύπου Von Neuman και να στρέφουν την προσοχή τους σε νέα μοντέλα επεξεργασίας. Την τελευταία δεκαετία έχει παρατηρηθεί μία αναζωπύρωση του ενδιαφέροντος για το παράδειγμα εκτέλεσης εντολών κοντά στην κύρια μνήμη (NDP), κατά το οποίο οι εντολές εκτελούνται στο κύκλωμα της κύριας μνήμης αντί του κεντρικού επεξεργαστή. Έτσι, ο αριθμός των λειτουργιών της μεταφοράς δεδομένων μεταξύ της κύριας μνήμης και του επεξεργαστή μειώνεται σημαντικά, κάτι το οποίο επιδρά θετικά στην κατανάλωση ισχύος και την επιτεύξιμη απόδοση του συστήματος. Κινούμενοι προς αυτήν την υπόθεση, στην διατριβή αυτή εξερευνούμε το NDP παράδειγμα για επεξεργαστές υψηλής απόδοσης αλλά και για επεξεργαστές χαμηλούς ισχύος. Όσον αφορά του επεξεργαστές υψηλής απόδοσης, προτείνουμε μία προσέγγιση στην οποία λαμβάνουμε υπ’ όψη μας την εκτέλεση βρόγχων γενικού σκοπού. H αρχιτεκτονική την οποία προτείνουμε κάνει χρήση μίας μεθοδολογίας χρονοδρομολόγησης εντολών, κατά την οποία η κάθε εντολή του βρόγχου εκδίδεται σε ένα ειδικά προσαρμοσμένο ολοκληρωμένο κύκλωμα που έχει τον ρόλο του επιταχυντή της εκτέλεσης του βρόγχου. Το κύκλωμα αυτό τοποθετείται στο λογικό επίπεδο μίας κύριας μνήμης υβριδικού κύβου (HMC). Στο επίπεδο αυτό οι εντολές εκτελούνται επαναληπτικά και παράλληλα, με έναν τρόπο που θυμίζει αυτόν της επικάλυψης λογισμικού, ενώ τα ενδιάμεσα παραγόμενα αποτελέσματα παροχετεύονται δια μέσου ενός δικτύου διασύνδεσης που βρίσκεται πάνω στο ολοκληρωμένο κύκλωμα. Όσον αφορά τις αρχιτεκτονικές χαμηλής κατανάλωσης ισχύος, αναπτύσσουμε μία καινοτόμο μεθοδολογία ανάλυσης χρονισμού, η οποία βασίζεται στις αρχές του STA και προσανατολίζεται συγκεκριμένα προς συστήματα χαμηλών προδιαγραφών και χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας. Η μεθοδολογία αυτή λαμβάνει υπ’ όψη της την διέγερση των διαδρομών χρονισμού της κάθε εντολής που υποστηρίζεται από το σετ εντολών του επεξεργαστή (ISA) και υπολογίζει την καθυστέρηση της χειρότερης περίπτωσης για την κάθε εντολή ξεχωριστά. Ως αποτέλεσμα, αντλούμε πληροφορίες για την χρονική καθυστέρηση σε επίπεδο εντολής και εκμεταλλευόμαστε την πληροφορία αυτή ώστε να κλιμακώνουμε την συχνότητα του ρολογιού δυναμικά, ανάλογα με τον τύπο εντολής που εκτελείται στο κύκλωμα σε κάθε χρονική στιγμή. Στην συνέχεια χρησιμοποιούμε την μεθοδολογία που περιγράψαμε για να συν-σχεδιάσουμε μία αρχιτεκτονική, με γνώμονα την δυναμική μεταβολή της συχνότητας του ρολογιού του επεξεργαστή η οποία εκτείνεται στον βαθμό λεπτομέρειας του κύκλου μηχανής. Επικεντρωνόμαστε ξανά στην εκτέλεση κώδικα γενικού σκοπού και υλοποιούμε συνδυαστικά τη αρχιτεκτονική στο λογικό επίπεδο μίας μνήμης τύπου HMC ώστε να καταστήσουμε ικανό το σύστημα μας για εκτέλεση εντολών δίπλα στην μνήμη τυχαίας προσπέλασης. Επιλέγουμε να αξιολογήσουμε τις αρχιτεκτονικές που υλοποιήσαμε (της υψηλής απόδοσης αλλά και της χαμηλής κατανάλωσης ισχύος) σε επίπεδο υλοποίησης ολοκληρωμένου κυκλώματος σύμφωνα με τα πρότυπα της βιομηχανίας ώστε να ενισχύσουμε την εγκυρότητας της μεθοδολογίας μας. Τα αποτελέσματα τα οποία παίρνουμε υποδεικνύουνε μία μεγάλη αύξηση της απόδοσης του συστήματος όσον αφορά την επιτάχυνση της λειτουργίας του σε σύγκριση με την αρχική αρχιτεκτονική, ενώ η κατανάλωση ισχύος πέφτει σε πολύ χαμηλά επίπεδα.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document