Come cambia la progettazione di sistemi mobili

Al Politecnico di Milano si è tenuto il secondo Workshop on Mobile System Technologies, con l’obiettivo di trattare diversi temi fondamentali per comprendere le soluzioni tecnologiche per sistemi mobili: architettura (processore), grafica (GPU – graphic processing unit), memoria, sicurezza e storage.

Particolare attenzione è stata dedicata al ruolo giocato dai sottosistemi di memoria e archiviazione nei confronti delle prestazioni del sistema, del consumo energetico, dell’affidabilità, della sicurezza e delle funzionalità.

Il workshop si è concentrato su due aree:

l’architettura hardware e software dei sistemi mobili che definisce il funzionamento del sistema in tutti i suoi livelli, la memoria necessaria per contenere ed elaborare grandi quantità di dati, e la GPU (graphics processing unit) che guida l’uso delle applicazioni grafiche e che risulta fondamentale nello sviluppo, ad esempio, dei videogiochi.

– la sicurezza. Particolare attenzione sarà dedicata alla tecnologia PUF (Physically Unclonable Function): un insieme di circuiti elettrici molto sensibili a variazioni minime, che possono essere incorporati nel chip per renderlo unico, come un’impronta digitale umana.

Sono intervenuti Onur Mutlu - Carnegie Mellon University, Marcello Cinque – Università degli Studi di Napoli Federico II, John Goodacre - University of Manchester, William Fornaciari dle Politecnico di Milano e Francesco Tisato dell'Università degli Studi di Milano Bicocca.

Cliccando qui trovate i loro interventi in inglese. Qua sotto ve ne proponiamo una sintesi.

1. Onur Mutlu - Carnegie Mellon University

La memoria costituisce un elemento centrale in quasi tutti i sistemi di calcolo utilizzati per le applicazioni più svariate, ma può  anche rappresentare un bottleneck per le prestazioni e i consumi energetici. I sistemi e le applicazioni più recenti, nonché il trend tecnologico corrente che esige più capacità, larghezza di banda, efficienza e prevedibilità per tutti gli altri componenti del sistema, rendono la memoria un bottleneck di sistema ancora più importante.

Allo stesso tempo le tecnologie di memoria DRAM e flash fronteggiano sfide impegnative di miniaturizzazione, che fanno lievitare significativamente il costo per aumentarne o anche solo mantenerne capacità, efficienza energetica e affidabilità, soprattutto restando nel solco delle tecniche tradizionali. Infatti, come dimostrano alcuni casi verificatisi con le memorie DRAM, già si riscontrano problemi di affidabilità che possono mettere a rischio la sicurezza del sistema e la sua prevedibilità.

Nell’intervento inizialmente sono state discusse le sfide più importanti che i sistemi di memoria moderni si trovano ad affrontare, a seguito di una domanda crescente di analisi rapida di grandi moli di dati. Poi vengono esaminate alcune direzioni di ricerca tecnologica e di progetto promettenti, per superare queste sfide e riuscire così a costruire in futuro sistemi di memoria scalabili.

Nello specifico sono discusse tre direzioni chiave:

1) Nuove architetture di memoria, con funzioni e interfacce migliori, e con più integrazione con le altre parti del sistema.

2) Progetto di un sistema di memoria intelligente, che coordini sia l’immagazzinamento sia la gestione dei dati, usando tecnologie diversificate e di memoria non volatile.

3) Garanzia di prestazioni prevedibili e quality-of-service  per le applicazioni, condividendo il sistema di memoria e l’immagazzinamento dei dati.

2. Marcello Cinque – Università degli Studi di Napoli Federico II

La complessità crescente degli smartphone fa sorgere nuove minacce alla loro affidabilità, come il fatto che applicazioni del tutto nuove vengano messe sul mercato nonostante siano poco testate, soprattutto a causa delle pressioni del mercato.

Nonostante queste preoccupazioni, l’affidabilità degli smartphone odierni è ancora poco studiata e compresa. La relazione di Marcello Cinque riguarda il progetto della piattaforma di registrazione di Android OS. Tale piattaforma permette di raccogliere i dati di utilizzo dello smartphone, utili per valutarne l’affidabilità durante il funzionamento ordinario.

La relazione mostra poi come mettere in pratica questo approccio tramite strumenti Android di uso effettivo, e mostra come i fenomeni di invecchiamento possono influenzarli, grazie a una collaborazione di ricerca tra Critiware e una grande compagnia di telecomunicazioni.

Nel dettaglio, le analisi mettono in evidenza i componenti e i processi del sistema operativo Android influenzati dall’invecchiamento del dispositivo, e le metriche utili come indicatori dell’obsolescenza del software, per  pianificare attività di aggiornamento e “ringiovanimento” del software stesso.

3. John Goodacre - University of Manchester

Grazie ai benefici economici enormi apportati dell’ampiezza del mercato, la tecnologia dei sistemi mobili crea la spinta di business necessaria per sviluppare nuove soluzioni computazionali trainanti, a basso consumo, ad alte prestazioni e compatte, tutti requisiti importanti per l’evoluzione continua delle piattaforme di server.

Nella relazione Goodacre ha esaminato le differenziazioni chiave tra i diversi mercati coinvolti e, grazie allo studio della nuova piattaforma KALEAO KMAX, ha discusso come le tecnologie mobili possano soddisfare anche i requisiti del mercato dei server.

4. William Fornaciari – Politecnico di Milano

Gli ultimi anni hanno mostrato una crescita esponenziale del mercato delle tecnologie mobili. In questo scenario assume particolare importanza la notevole rapidità con cui gli smartphone vengono sostituiti. Secondo l’Unione Internazionale delle Telecomunicazioni, in media questo accade circa ogni venti mesi.

D’altro canto questo trend implica di avere un numero crescente di dispositivi elettronici ancora funzionanti, ma che finiscono la loro vita in un cassetto. Fornaciari ritiene che tale enorme quantità di materiale informatico sia recuperabile perseguendo due obiettivi:

1) allungare la vita dei dispositivi mobili

2) creare nuove opportunità per le applicazioni mobili

Nella relazione si propone l'idea di collegare i dispositivi mobili per costruire sistemi distribuiti di piccole dimensioni. Sono messe in evidenza le sfide, sono valutate alcune soluzioni state-of-the-art, e vengono discussi i nuovi contributi in via di definizione e realizzazione nel progetto open source Barbeque Run-time Resource Manager Open Source Project (BOSP).

5. Francesco Tisato – Università degli Studi di Milano Bicocca

I sistemi operativi mobili si trovano spesso nella strana posizione di dovere ereditare architetture software consolidate (come l’architettura Linux in Android), ma allo stesso tempo dovendo precocemente adottare nuovi tipi di componenti hardware (per esempio la memoria flash). Una simile combinazione di esigenze può impattare negativamente sulle prestazioni, ma finisce anche per suggerire soluzioni innovative.

Tisato si concentra in particolare sulla pila dei livelli di astrazione dei sistemi di storage, a partire dal layout fisico dei dati fino ai modi di accesso ai dati da parte delle applicazioni. Dopo un’indagine sperimentale dettagliata dei sistemi di uso corrente, e analizzando gli approcci comuni per i file system e le API di accesso ai dati, Tisato studia come modificare i livelli di astrazione e sistemi operativi stessi, per gestire meglio le nuove tecnologie e le nuove modalità di utilizzo dei dati che vengono via via introdotte nei sistemi mobili.

 

 

 

 

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