Accelerating connected components graph algorithms in reconfigurable logic

Κουρής, Αλέξανδρος; Kouris, Alexandros

dc.contributor.author	Κουρής, Αλέξανδρος	el
dc.contributor.author	Kouris, Alexandros	en
dc.date.accessioned	2019-06-24T09:48:47Z
dc.date.available	2019-06-24T09:48:47Z
dc.date.issued	2019-06-24
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48891
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16684
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Θεωρία γράφων	el
dc.subject	Διασυνδεδεμένα στοιχεία	el
dc.subject	Επιτάχυνση αλγορίθμου	el
dc.subject	Επεξεργαστής υλικού	el
dc.subject	Δομές δεδομένων	el
dc.subject	Graph theory	en
dc.subject	Connected components	el
dc.subject	Shiloach-Vishkin	el
dc.subject	Accelerating algorithm	el
dc.subject	Hardware processing	el
dc.title	Accelerating connected components graph algorithms in reconfigurable logic	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Αλγόριθμοι γράφων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-04-04
heal.abstract	Ένα από τα πιο χρήσιμα αντικείμενα στη σύγχρονη επιστήμη των υπολογιστών και το οποίο έχει επανέλθει στην επικαιρότητα λόγω της διάδοσης και ανάγκης ανάλυσης μεγάλου όγκου δεδομένων (Big Data) είναι η θεωρία των γράφων. Η έρευνα έχει πλέον στραφεί στην εύρεση νέων αποδοτικότερων αλγορίθμων και στη βελτιστοποίηση των υπαρχόντων, ειδικότερα αυτών που επικεντρώνονται στην επίλυση προβλημάτων και ανάλυση γράφων. Οι γράφοι αναλαμβάνουν να αναπαραστήσουν τις σχέσεις μεταξύ των στοιχείων ενός συνόλου. Γύρω μας οι γράφοι διέπουν μεγάλο μέρος της καθημερινότητας μας χωρίς να το αντιλαμβανόμαστε, καθώς γράφος μπορεί να είναι ένα δίκτυο υπολογιστών, μία αλυσίδα καταστημάτων, ένα κοινωνικό δίκτυο ή όποιας μορφής δίκτυο δημιουργείται μέσω μιας σχέσης σε ένα σύνολο. Χαρακτηριστικά των γράφων είναι κυρίως το μεγάλο τους μέγεθος και η τυχαιότητα που διέπει της διασυνδέσεις τους. Λόγω των παραπάνω, ο χρόνος επίλυσης και ο υπολογιστικός φόρτος που απαιτείται για την επίλυση αλγορίθμων αυξάνεται εκθετικά κάθε χρόνο. Πλέον, για να επεξεργαστούμε τα δεδομένα και για να εξάγουμε πληροφορίες από γράφους που αναπαριστούν παραδείγματος χάρη, μέσα κοινωνικής δικτύωσης, απαιτείται τεράστια υπολογιστική ισχύ, που πριν από μερικά χρόνια δεν θα μπορούσαμε να το φανταστούμε. Αυτό το φαινόμενο και η συνεχής ροή και παραγωγή δεδομένων δεν πρόκειται να σταματήσουν, οπότε χρειαζόμαστε νέες μεθόδους και τρόπους ανάλυσης των γράφων. Η πολυπλοκότητα πλέον των αλγορίθμων γράφων καθιστούν μη αποδοτική την εκτέλεση τους από επεξεργαστές γενικού σκοπού. Σε αυτή τη διπλωματική διερευνούμε τη δυνατότητα και την αποδοτικότητα υλοποίησης τους από υλικό ειδικού σκοπού, FPGAs. Πιο συγκεκριμένα, θα ασχοληθούμε με τον αλγόριθμο των Shiloach-Vishkin για την εύρεση του αριθμού των διασυνδεμένων στοιχείων ενός γράφου. Για την υλοποίηση του αλγορίθμου θα χρησιμοποιήσουμε FPGA της εταιρίας Xilinx και συγκεκριμένα το ZYNQ ZC702. Θα διερευνήσουμε διάφορες μορφές του αλγορίθμου αλλά και τη χρήση του FPGA. Στόχος μας είναι η επιτάχυνσή του με όσο το δυνατό μικρότερη χρήση πόρων του συστήματος.	el
heal.abstract	One of the most useful subjects in modern computer science and which has come back to the news due to the dissemination and need of large data analysis (Big Data) is graph theory. Research has now turned to finding new, more efficient algorithms and optimizing existing ones, especially those related to problem solving and graph analysis. The graphs undertake to represent the relationships between the elements of a set. Around us, the graphs govern much of our everyday life without us perceiving it, as a graph can be a computer network, chain stores, a social network or any form of network that is created through a relationship in a whole. Characteristics of the graphs are mainly their large size and the randomness that governs their interconnections. Due to the above, the solving time and computational load required to solve algorithms grows exponentially every year. Now, in order to process data and extract information from graphs depicting, for example, social media, a huge amount of computational power is required, which a few years ago we could not imagine. This phenomenon and continuous flow and production of data are not going to stop, so we need new methods and ways of analyzing graphs. The complexity of graph algorithms renders their performance unprofitable by general purpose processors. In this diploma, we investigate the potential and efficiency of their implementation on special purpose hardware, called FPGAs. More specifically, we will deal with the Shiloach-Vishkin algorithm to find the number of connected components of a graph. To implement the algorithm, we will use Xilinx's FPGA, namely the ZYNQ ZC702. We will explore various forms of the algorithm but also the use of the FPGA. Our goal is to accelerate it with the least possible use of system resources.	en
heal.advisorName	Σούντρης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Πεκμεστζή, Κιαμάλ	el
heal.committeeMemberName	Τσανάκας, Παναγιώτης	el
heal.committeeMemberName	Σούντρης, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Τεχνολογίας Πληροφορικής και Υπολογιστών. Εργαστήριο Μικροϋπολογιστών και Ψηφιακών Συστημάτων VLSI	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	80 σ.
heal.fullTextAvailability	true