Pesquisadores da Universidade de Bucareste desenvolveram recentemente um modelo de composição para vinculação complexa de hardware-software. O modelo deles, descrito em um artigo pré-publicado no arXiv, introduz a noção de um "organismo virtual" (VO) que reside em algum lugar entre agentes de hardware ligeiramente reconfiguráveis ​​e abstratos, agentes de software inteligentes e adaptáveis.

A relação entre uma estrutura e a função que executa é um tema de interesse em vários campos, incluindo ciência da computação (hardware x software), biologia (órgãos x função) e psicologia (corpo x mente). Ciprian Paduraru e Gheorghe Stefanescu, os dois pesquisadores que realizaram o estudo recente, começou a investigar a relação entre hardware e software em ciência da computação, particularmente no contexto da robótica, Hardware AI, IoT e outros avanços tecnológicos recentes.

"As ações de uma computação sequencial podem ser facilmente controladas, mas costumam ser difíceis de paralelizar, embora seja nativamente distribuído, a aplicação paralela geralmente é difícil de controlar, "Stefanescu disse ao TechXplore." Para encontrar um robusto, configuração mista, apresentamos anteriormente um modelo baseado em dualidade no espaço-tempo (rv-IS) e uma linguagem de programação estruturada DSL (Agapia). "

Agapia é uma linguagem de domínio específico (DSL) usada para programar sistemas interativos, onde o fluxo de dados e as estruturas de fluxo de controle podem ser misturados livremente. Seu compilador pode atualmente produzir execuções de computação de alto desempenho (HPC), em ambientes MPI ou OpenMP.

A semântica operacional da Agapia é descrita por estruturas 2-D, com uma dimensão para o tempo e uma dimensão para o espaço. Para lidar efetivamente com as restrições de espaço-tempo, Paduraru e Stefanescu desenvolveram uma nova maneira de definir padrões 2-D regulares em vez de palavras com formas arbitrárias. Isso permitiu que eles estendessem seu modelo, dando-lhe mais dimensões para o espaço.

"Quando apresentei o modelo a Gul Agha na Universidade de Illinois Urbana Champaign no verão de 2015, e perguntei se ele achava que era um bom modelo para agentes, ele apontou um recurso que faltava:adaptação, "Stefanescu disse." Mais tarde, percebemos que a adaptação estrutural pode ser facilmente incluída, permitindo que o sistema mude, em tempo de execução, sua estrutura para outra estrutura de uma classe de padrões permitidos. "

Stefanescu e Paduraru esperam que, uma vez concluído, seu modelo possibilitará um novo tipo de "linguagem assembly" que une aplicativos de software e hardware distribuídos. Uma das principais contribuições de seu estudo é que ele introduz o conceito de "organismos virtuais, "que tem uma estrutura que reflete os recursos de hardware e executa funções de baixo nível, implementação dos requisitos de software.

"Uma classe de organismos virtuais 2-D (VOs) é definida por uma combinação de especificações estruturais e funcionais, "Stefanescu disse." A informação estrutural é fornecida por um padrão 2-D regular, descrevendo as estruturas permitidas para a colocação de nós de computação. Os nós vizinhos se comunicam por meio de suas interfaces compartilhadas. Os nós com interfaces na borda externa do VO garantem a interação com o ambiente. Além disso, os nós na fronteira externa têm um papel fundamental no controle da composição espacial dos OVs, permitindo que os organismos virtuais se agreguem em organismos maiores. "

À medida que um VO evolui, pode mudar sua estrutura, adicionar ou excluir nós por meio de reconfiguração, desde que a nova estrutura seja da mesma classe que a atual. Os operadores explícitos de criação e exclusão também podem ser especificados. As funcionalidades básicas suportadas por uma classe específica de VOs são implementadas pela rede de nós de computação do VO. Isso inclui funções suportadas pelos nós e a comunicação habilitada pela estrutura do VO.

"Um programa de gerenciamento controla quais funções são executadas, onde e como eles interferem, "Stefanescu explicou." Entre as funcionalidades básicas suportadas, existem alguns especiais dedicados à adaptação:eles decidem se reconfiguração, adição ou exclusão de nós são necessárias, bem como quando e como são realizados. Operadores de composição usuais, presente no programa de gerenciamento, especifique particularmente como adicionar novas funcionalidades, ou remova os antigos. "

Quando VOs são implantados em sistemas físicos, mais nós virtuais podem ser mapeados no mesmo nó físico. Isso permite a comunicação ponto a ponto (P2P) adicional entre os nós do VO. Algumas funcionalidades existentes ou novas podem ser implementadas de forma mais eficaz, explorando esta comunicação direta entre nós virtuais, mapeado no mesmo nó físico.

"Acho que um dos aspectos mais importantes do nosso estudo é como conectamos a estrutura de um sistema e seu lado funcional, "Paduraru disse ao TechXplore." Isso pode ser aplicado no futuro para muitas categorias de problemas, tanto para aqueles que precisam de interconexão de agentes físicos (por exemplo, robôs que trabalham juntos para fazer um caminho), e agentes de software (por exemplo, conectando partes de software na nuvem). "

Em seu jornal, Paduraru e Stefanescu ilustraram especificamente suas ideias usando três exemplos de VOs para gerenciamento de fluxo:um organismo coletor de árvores, um organismo de células de alimentação e um organismo que consiste em uma coleção de organismos de células de alimentação conectados. Eles então usaram um simulador para organismos coletores de árvores (TC) para avaliar os benefícios da reconfiguração.

Suas descobertas sugerem que em ambientes que mudam dinamicamente, estruturas reconfiguráveis ​​são mais eficientes do que estruturas fixas. Os pesquisadores também demonstraram como sua linguagem DSL, Agapia, pode ser usado para obter implementações rápidas em simulações de VO.

“Agora planejamos investir mais em suporte para a programação de tais modelos, criar mais ambientes de teste prontos para uso, combinar diferentes técnicas, como aprendizado por reforço para criar políticas de otimização sem esforço humano, e, finalmente, implantar os organismos virtuais nos aplicativos do mundo real, "Paduraru disse.

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