Computerwetenschappers ontwikkelen algoritmen die alles besturen, van onbemande luchtvaartuigen tot desktopcomputers tot de mobiele telefoons in onze zakken. Maar het kan ingewikkeld zijn om de code die ze ontwikkelen te matchen met hardwaresystemen die zo sterk verschillen.

"Elk van deze hardware-architecturen heeft zijn eigen programmeeromgeving, en je hebt een hardware-expert nodig die begrijpt wat er onder de motorkap zit, zodat je je algoritmen kunt herstructureren om de hardware-architectuur van het doel te overlappen, " zei Ali Akoglu, UA universitair hoofddocent bij de vakgroep Electrical and Computer Engineering en bij het BIO5 Institute, directeur van het Reconfigurable Computing Lab en UA-sitedirecteur van het NSF Center for Cloud and Autonomic Computing. "Alleen dan krijg je optimale prestaties."

Akoglu werkt samen met onderzoekers van de Arizona State University, Carnegie Mellon University en de University of Michigan, en van bedrijven Arm, EpiSys en GDMS, om dit probleem op te lossen door systemen op chips te ontwikkelen, of SoC's, waarmee softwareontwikkelaars hun inspanningen kunnen richten op het ontwerpen van algoritmen en applicaties, niet om ze te matchen met chipstructuren. Ze gebruiken een subsidie ​​van het Defense Advanced Research Projects Agency, of DARPA - waarvan het UA-gedeelte $ 820 is, 000 - om het te doen.

Ontwerpen voor DARPA

Deze nieuwe op chips gebaseerde systemen koppelen software niet alleen automatisch aan hardware. DARPA wil dat onderzoekers ze zo ontwerpen dat ze 'domeinspecifiek' zijn om een ​​evenwicht te vinden tussen efficiëntie en flexibiliteit, dat wil zeggen:nog steeds in staat om meer dan één taak te voltooien, maar niet zo algemeen dat ze snelheid of kwaliteit van functies opofferen voor kwantiteit.

Ze moeten ook nieuwe toepassingen kunnen integreren naarmate de technologie vordert. Als een computerwetenschapper code ontwikkelt voor een geheel nieuwe functie, zoals het heen en weer sturen van hologrammen via tekst, moet de SoC in staat zijn om de software voor die technologie in kaart te brengen op de hardware van de chip.

Het antwoord van het team op de uitdaging van DARPA is een "domeingerichte geavanceerde software-herconfigureerbare heterogene SoC, " of DASH-SoC. Het is een mondvol, maar de tijd die besteed wordt aan het zeggen dat het meer dan goedgemaakt zal worden in de maanden van werk, zou computerwetenschappers kunnen redden.

"Als je een afgestudeerde student binnenhaalt om met een nieuwe hardware-architectuur te werken, het duurt drie tot zes maanden voordat ze de programmeeromgeving onder de knie hebben, en nog eens zes maanden om het te optimaliseren, "Akoglu zei. "Als je kijkt naar dit productiviteitsprobleem, een systeeminterface hebben die je code met een druk op de knop vertaalt naar een doelarchitectuur, is een zeer ambitieus doel."

Terwijl computeringenieurs zoals Akoglu algoritmen maken die iedereen, van hartchirurgen tot biologen, gebruikt om hun vermogen om resultaten te voorspellen te verbeteren, DARPA wil specifiek systemen voor het domein van software radio, die toepassingen omvat variërend van mobiele telefoons tot nationale veiligheid.

Vijf taken en vijf nanoseconden

Er is nog een element waardoor deze nieuwe technologie opvalt:de DARPA-subsidie ​​bepaalt dat de SoC vijf applicaties tegelijk kan uitvoeren, wat betekent dat de eisen van vijf verschillende prioriteiten zo snel en efficiënt mogelijk worden afgewogen. Zoals een student die vijf lessen volgt die allemaal een reeks opdrachten inhouden, de chip moet een zorgvuldige planning en toewijzing van middelen uitvoeren om elke taak voor elke toepassing gedaan te krijgen.

Dit is het deel van het project dat Akoglu en zijn medewerker Umit Ogras van ASU leiden:het ontwikkelen van een intelligente planner die in kaart brengt welke fysieke delen van de chip welke taken wanneer uitvoeren. "Intelligent" betekent hier dat de planner in de loop van de tijd zal verbeteren via machine learning, de manier waarop een student misschien beter in staat is om een ​​efficiënt schema te maken tijdens het laatste jaar dan in het eerste jaar.

"De intelligente planner zal leren hoe hij de taken voor gespecialiseerde processors kan plannen en de kracht die nodig is om ze te verwerken te regelen." zei Ogras. "Als resultaat, we zullen zeer krachtig leveren, energiezuinige en gebruiksvriendelijke SoC's die kunnen worden gebruikt in een breed scala aan communicatie- en radartoepassingen."

Het doel van DARPA is een intelligente planner die slechts vijf nanoseconden nodig heeft voor elke beslissing. Chips met zulke intelligente planningstechnologie bestaan ​​tegenwoordig niet, dus het creëren ervan is ambitieus - het creëren van zo'n snel systeem voegt een heel andere dimensie toe, zei Akoglu.

"Die vijf nanoseconden business geeft me hoge bloeddruk, " grapte hij. "Maar zonder deze agressieve doelen te stellen, we kunnen technologie niet naar een hoger niveau tillen."