Gli scienziati informatici sviluppano algoritmi che controllano qualsiasi cosa, dai veicoli aerei senza equipaggio ai computer desktop ai cellulari nelle nostre tasche. Ma può essere complicato abbinare il codice che sviluppano a sistemi hardware che variano così tanto.

"Ognuna di queste architetture hardware viene fornita con il proprio ambiente di programmazione, e hai bisogno di un esperto di hardware che capisca cosa c'è sotto il cofano in modo da poter ristrutturare i tuoi algoritmi per sovrapporsi all'architettura hardware di destinazione, " ha detto Ali Akoglu, Professore associato UA presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica e presso l'Istituto BIO5, direttore del Reconfigurable Computing Lab e direttore del sito UA del NSF Center for Cloud and Autonomic Computing. "Solo allora ottieni prestazioni ottimali."

Akoglu sta collaborando con ricercatori dell'Arizona State University, Carnegie Mellon University e l'Università del Michigan, e dalle aziende Arm, EpiSys e GDMS, risolvere questo problema sviluppando sistemi su chip, o SoC, che consentono agli sviluppatori di software di concentrare i loro sforzi sulla progettazione di algoritmi e applicazioni, non sulla loro corrispondenza con le strutture del chip. Stanno usando una sovvenzione della Defense Advanced Research Projects Agency, o DARPA, la cui parte UA è di $ 820, 000 - per farlo.

Progettare per DARPA

Questi nuovi sistemi basati su chip non si limitano a mappare automaticamente il software sull'hardware. DARPA vuole che i ricercatori li progettino per essere "specifici del dominio" al fine di trovare un equilibrio tra efficienza e flessibilità, ovvero, ancora in grado di completare più di un compito, ma non così generalizzati da sacrificare la velocità o la qualità delle funzioni per la quantità.

Devono inoltre essere in grado di incorporare nuove applicazioni man mano che la tecnologia avanza. Se un informatico sviluppa codice per una funzione nuova di zecca, come l'invio di ologrammi avanti e indietro tramite testo, il SoC dovrebbe essere in grado di mappare il software per quella tecnologia sull'hardware del chip.

La risposta del team alla sfida di DARPA è un "SoC eterogeneo riconfigurabile software avanzato focalizzato sul dominio, " o DASH-SoC. È un boccone, ma il tempo passato a dire che sarà più che compensato nei mesi di lavoro che potrebbe salvare gli informatici.

"Quando porti uno studente laureato a lavorare con una nuova architettura hardware, ci vogliono dai tre ai sei mesi per imparare l'ambiente di programmazione, e altri sei mesi per ottimizzarlo, " ha detto Akoglu. "Se si considera questo problema di produttività, avere un'interfaccia di sistema che traduce il tuo codice in un'architettura di destinazione con la semplice pressione di un pulsante è un obiettivo molto ambizioso."

Mentre gli ingegneri informatici come Akoglu creano algoritmi che tutti, dai cardiochirurghi ai biologi, usano per migliorare la loro capacità di prevedere i risultati, DARPA vuole specificamente sistemi per il dominio del software radio, che include applicazioni che vanno dai telefoni cellulari alla sicurezza nazionale.

Cinque compiti e cinque nanosecondi

C'è un altro elemento che fa risaltare questa nuova tecnologia:la sovvenzione DARPA prevede che il SoC sia in grado di eseguire cinque applicazioni alla volta, il che significa bilanciare le esigenze di cinque diverse priorità nel modo più rapido ed efficiente possibile. Come uno studente che segue cinque lezioni che comportano il completamento di una serie di compiti, il chip deve eseguire un'attenta pianificazione e allocazione delle risorse per portare a termine ogni attività per ciascuna applicazione.

Questa è la parte del progetto che Akoglu e il suo collaboratore Umit Ogras dell'ASU stanno conducendo:sviluppare uno schedulatore intelligente che mappa quali aree fisiche del chip completano quali compiti e quando. "Intelligente" qui significa che lo scheduler migliorerà nel tempo tramite l'apprendimento automatico, il modo in cui uno studente potrebbe essere in grado di creare un programma efficiente durante l'ultimo anno rispetto al primo anno.

"Lo scheduler intelligente imparerà a pianificare le attività per processori specializzati e a controllare la potenza necessaria per elaborarle". disse Ogras. "Di conseguenza, consegneremo molto potente, SoC efficienti dal punto di vista energetico e di facile utilizzo che possono essere utilizzati in un'ampia gamma di comunicazioni e applicazioni radar."

L'obiettivo di DARPA è uno scheduler intelligente che impiega solo cinque nanosecondi per ogni decisione. Oggi non esistono chip con una tecnologia di pianificazione così intelligente, quindi crearli è ambizioso:creare un sistema così veloce aggiunge una dimensione completamente diversa, disse Akoglu.

"Quell'affare dei cinque nanosecondi mi fa aumentare la pressione sanguigna, " ha scherzato. "Ma senza fissare questi obiettivi aggressivi, non possiamo spingere la tecnologia al livello successivo."