I ricercatori dell'Università di Bucarest hanno recentemente sviluppato un modello compositivo per il complesso legame hardware-software. Il loro modello, delineato in un documento pre-pubblicato su arXiv, introduce la nozione di "organismo virtuale" (VO) che risiede da qualche parte tra agenti hardware leggermente riconfigurabili e astratti, agenti software intelligenti e adattivi.

Il rapporto tra una struttura e la funzione che gestisce è un argomento di interesse in diversi campi, compresa l'informatica (hardware vs software), biologia (organi vs funzione) e psicologia (corpo vs mente). Ciprian Paduraru e Gheorghe Stefanescu, i due ricercatori che hanno condotto il recente studio, si proponeva di indagare il rapporto tra hardware e software in informatica, in particolare nel contesto della robotica, hardware AI, IoT e altri recenti progressi tecnologici.

"Le azioni di un calcolo sequenziale possono essere facilmente controllate, ma sono spesso difficili da parallelizzare, mentre un nativamente distribuito, l'applicazione parallela è solitamente difficile da controllare, " Stefanescu ha detto a TechXplore. "Per trovare un robusto, impostazione mista, in precedenza abbiamo introdotto un modello basato sulla dualità spazio-temporale (rv-IS) e un linguaggio di programmazione strutturato DSL (Agapia)."

Agapia è un linguaggio specifico del dominio (DSL) utilizzato per la programmazione di sistemi interattivi, dove le strutture del flusso di dati e del flusso di controllo possono essere mescolate liberamente. Il suo compilatore può attualmente produrre esecuzioni di calcolo ad alte prestazioni (HPC), all'interno di ambienti MPI o OpenMP.

La semantica operativa di Agapia è descritta da strutture 2-D, con una dimensione per il tempo e una dimensione per lo spazio. Per affrontare efficacemente i vincoli spazio-temporali, Paduraru e Stefanescu hanno ideato un nuovo modo per definire modelli 2-D regolari su parole di forma arbitraria. Questo ha permesso loro di estendere il loro modello, dandogli più dimensioni per lo spazio.

"Quando ho presentato il modello a Gul Agha all'Università dell'Illinois Urbana Champaign nell'estate del 2015, e gli ha chiesto se pensava che fosse un buon modello per gli agenti, ha evidenziato una caratteristica mancante:l'adattamento, "Ha detto Stefanescu. "Più tardi, ci siamo resi conto che l'adattamento strutturale può essere facilmente incluso, permettendo al sistema di cambiare, in fase di esecuzione, la sua struttura a un'altra struttura da una classe di modelli consentiti."

Stefanescu e Paduraru sperano che una volta completato, il loro modello consentirà un nuovo tipo di "linguaggio assembly" che collega applicazioni software e hardware distribuite. Uno dei contributi chiave del loro studio è che introduce il concetto di "organismi virtuali, " che hanno una struttura che riflette le capacità hardware ed eseguono funzioni di basso livello, implementare i requisiti software.

"Una classe di organismi virtuali (VO) 2-D è definita da una combinazione di specifiche strutturali e funzionali, " ha detto Stefanescu. "Le informazioni strutturali sono fornite da un normale modello 2-D, descrivere le strutture consentite per il posizionamento dei nodi di calcolo. I nodi vicini comunicano tramite le loro interfacce condivise. I nodi con interfacce sul confine del VO esterno assicurano l'interazione con l'ambiente. Inoltre, i nodi sul confine esterno hanno un ruolo chiave nel controllo della composizione spaziale delle VO, permettendo agli organismi virtuali di aggregarsi in organismi più grandi."

Man mano che un VO si evolve, potrebbe cambiare la sua struttura, aggiunta o eliminazione di nodi tramite riconfigurazione, a condizione che la nuova struttura sia della stessa classe di quella attuale. È inoltre possibile specificare operatori espliciti di creazione ed eliminazione. Le funzionalità di base supportate da una specifica classe di VO sono implementate dalla rete di nodi di calcolo del VO. Queste includono le funzioni supportate dai nodi e la comunicazione abilitata dalla struttura del VO.

"Un programma di gestione controlla quali funzioni vengono eseguite, dove e come interferiscono, " ha spiegato Stefanescu. "Tra le funzionalità di base supportate, ce ne sono di speciali dedicati all'adattamento:decidono se la riconfigurazione, sono necessarie l'aggiunta o la cancellazione di nodi, così come quando e come vengono eseguiti. Operatori di composizione usuali, presente all'interno del programma di gestione, specificare in particolare come aggiungere nuove funzionalità, o rimuovere quelli vecchi."

Quando i VO vengono distribuiti su sistemi fisici, più nodi virtuali potrebbero essere mappati sullo stesso nodo fisico. Ciò consente una comunicazione peer-to-peer (P2P) aggiuntiva tra i nodi del VO. Alcune funzionalità esistenti o nuove potrebbero essere implementate in modo più efficace sfruttando questa comunicazione diretta tra nodi virtuali, mappato sullo stesso nodo fisico.

"Penso che uno degli aspetti più importanti del nostro studio sia come colleghiamo la struttura di un sistema e il suo lato funzionale, " Paduraru ha detto a TechXplore. "Questo può essere applicato in futuro per molte categorie di problemi, sia per quelli che necessitano di interconnessione di agenti fisici (es. robot che lavorano insieme per creare un percorso), e agenti software (ad es. collegamento di software sul cloud)."

Nella loro carta, Paduraru e Stefanescu hanno specificamente illustrato le loro idee utilizzando tre esempi di VO per la gestione del flusso:un organismo raccoglitore di alberi, un organismo cellulare nutritivo e un organismo costituito da un insieme di organismi cellulari nutritivi collegati. Hanno quindi utilizzato un simulatore per organismi collettori di alberi (TC) per valutare i vantaggi della riconfigurazione.

I loro risultati suggeriscono che in ambienti che cambiano dinamicamente, le strutture riconfigurabili sono più efficienti delle strutture fisse. I ricercatori hanno anche dimostrato come il loro linguaggio DSL, agapia, potrebbe essere utilizzato per ottenere implementazioni rapide nelle simulazioni VO.

"Ora abbiamo in programma di investire di più sul supporto per la programmazione di tali modelli, creare più ambienti di prova fuori dagli schemi, combinare diverse tecniche come l'apprendimento per rinforzo per creare politiche di ottimizzazione senza sforzo umano, e infine distribuire gli organismi virtuali nelle applicazioni del mondo reale, " Disse Paduraru.

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