Linux su microcomputer grandi quanto una moneta
In alcuni casi i modelli architetturali hardware classici non rispondo pienamente ai requisiti progettuali, in tal caso si rende necessario esplorare nuove rotte.
A titolo di esempio riporto una problematica emersa durante la fase di disegno architetturale di un progetto recente. Occupandomi principalmente di Intelligenza Artificiale, specificatamente di Reti Neurali Biologiche Sintetizzate (SBNN), nell'implementazione software di tali reti o meglio nell'implementazione software del modello formale SBNN relativo al sistema neuronale biologico, emergeva un insieme di requisiti aventi un aspetto trasversale che con le dovute semplificazioni si traduce in un forte grado di parallelismo, di tipo sostanzialmente massivo.
Senza scendere nei dettagli un'architettura a singolo processore non garantisce un' esecuzione massivamente concorrente. Per avere un alto livello di parallelismo il parametro da massimizzare e' il numero di processori, ovviamente il problema di massimizzazione vede numerosi vincoli tra cui quello non banale relativo al costo.
Si potrebbe pensare di implementare un parallelismo software attraverso processi concorrenti o meglio attraverso threads, tuttavia il parallelismo ottenuto non e' massivo, essendo i processi o threads solo teoricamente indipendenti, mentre nella pratica le dinamiche sono interdipendenti, comportamento dovuto essenzialmente allo scheduler del sistema operativo (almeno per i kernel non hard real time), situazione che peggiora proporzionalmente al numero di esecuzioni concorrenti.
Il punto di ottimo di un tale problema ha una valenza semantica che implica l'utilizzo di un opportuno processore per ogni neurone da simulare, il che e' impensabile per gli ovvi costi. La soluzione diventa utilizzare un numero abbastanza altro di punti di computazione, avendo su ciascun processore pochi processi concorrenti in modo da renderli il piu' indipendente possibile.
Ed eccoci alla soluzione: utilizzare molte macchine, piccole, con bassi requisiti energetici e normale connettivita'. Ovviamente il tutto basato sul sistema operativo linux. In poche parole microcomputer linux based. Oggi la soluzione che ritengo maggiormente valida si chiama PicoTux (che purtroppo non ho potuto utilizzare per il progetto prima citato, anche se sono state impiegate soluzioni simili, ugualmente processori ARM).
Picotux e' il piu' piccolo computer Linux al mondo, ha dimensioni 35mm x 19mm x 19mm, il che significa che picotux e' leggermente piu' grande di un connettore RJ45.
Il processore e' 32-bit ARM 7 Netsilicon NS7520 a 55Mhz, dispone di 2 MB di memoria flash, 8 Mb SDRAM, una porta ethernet 10/100MB, e una porta seriale.
Il sistema operativo e uClinux 2.4.27 Big Endian, la shell e' busybox 1.0, il filesystem CRAMFS, Jffs2, Nfs. Dispone di WebServer e Telnet. Compulatore GCC 3.4.4 C/C++/Fortran, Binutils 2.15.
Sul sito dedicato, www.picotux.com, e' possibile visionare tutte le caratteristiche tecniche, oltre che vedere "il volto" della macchina. Ultimamente e' stata rilasciata una versione maggiore, PicoTux 112, e sembra (ripeto sembra) sia in cantiere una versione con connettivita' wireless.
I costi non sono proprio trascurabili, anzi. Tuttavia queste macchine, davvero minuscole, si prestano ad una vasta gamma di utilizzi, vista anche la disponibilita' di connettivita' ethernet. Ovviamente bisogna calarsi nel contesto hardware e operativo opportuno, tanto per dire non aspettatevi di compilare Apache e mettere il picotux in produzione :)
uCLinux e' una microdistribuzione, pensiamola piu' ad un kernel con relative librerie e tool chains ed un numero congruo di applicazioni utente. uClinux ha avuto origine dal kernel 2.0 per microcontrollers senza MMUs, tuttavia oggi uClinux copre un insieme molto piu' vasto di microdispositivi, e dispone di kernel derivati dai "fratelli maggiori" nelle versioni 2.4 e 2.6.
In alcuni casi i modelli architetturali hardware classici non rispondo pienamente ai requisiti progettuali, in tal caso si rende necessario esplorare nuove rotte.
A titolo di esempio riporto una problematica emersa durante la fase di disegno architetturale di un progetto recente. Occupandomi principalmente di Intelligenza Artificiale, specificatamente di Reti Neurali Biologiche Sintetizzate (SBNN), nell'implementazione software di tali reti o meglio nell'implementazione software del modello formale SBNN relativo al sistema neuronale biologico, emergeva un insieme di requisiti aventi un aspetto trasversale che con le dovute semplificazioni si traduce in un forte grado di parallelismo, di tipo sostanzialmente massivo.
Senza scendere nei dettagli un'architettura a singolo processore non garantisce un' esecuzione massivamente concorrente. Per avere un alto livello di parallelismo il parametro da massimizzare e' il numero di processori, ovviamente il problema di massimizzazione vede numerosi vincoli tra cui quello non banale relativo al costo.
Si potrebbe pensare di implementare un parallelismo software attraverso processi concorrenti o meglio attraverso threads, tuttavia il parallelismo ottenuto non e' massivo, essendo i processi o threads solo teoricamente indipendenti, mentre nella pratica le dinamiche sono interdipendenti, comportamento dovuto essenzialmente allo scheduler del sistema operativo (almeno per i kernel non hard real time), situazione che peggiora proporzionalmente al numero di esecuzioni concorrenti.
Il punto di ottimo di un tale problema ha una valenza semantica che implica l'utilizzo di un opportuno processore per ogni neurone da simulare, il che e' impensabile per gli ovvi costi. La soluzione diventa utilizzare un numero abbastanza altro di punti di computazione, avendo su ciascun processore pochi processi concorrenti in modo da renderli il piu' indipendente possibile.
Ed eccoci alla soluzione: utilizzare molte macchine, piccole, con bassi requisiti energetici e normale connettivita'. Ovviamente il tutto basato sul sistema operativo linux. In poche parole microcomputer linux based. Oggi la soluzione che ritengo maggiormente valida si chiama PicoTux (che purtroppo non ho potuto utilizzare per il progetto prima citato, anche se sono state impiegate soluzioni simili, ugualmente processori ARM).
Picotux e' il piu' piccolo computer Linux al mondo, ha dimensioni 35mm x 19mm x 19mm, il che significa che picotux e' leggermente piu' grande di un connettore RJ45.
Il processore e' 32-bit ARM 7 Netsilicon NS7520 a 55Mhz, dispone di 2 MB di memoria flash, 8 Mb SDRAM, una porta ethernet 10/100MB, e una porta seriale.
Il sistema operativo e uClinux 2.4.27 Big Endian, la shell e' busybox 1.0, il filesystem CRAMFS, Jffs2, Nfs. Dispone di WebServer e Telnet. Compulatore GCC 3.4.4 C/C++/Fortran, Binutils 2.15.
Sul sito dedicato, www.picotux.com, e' possibile visionare tutte le caratteristiche tecniche, oltre che vedere "il volto" della macchina. Ultimamente e' stata rilasciata una versione maggiore, PicoTux 112, e sembra (ripeto sembra) sia in cantiere una versione con connettivita' wireless.
I costi non sono proprio trascurabili, anzi. Tuttavia queste macchine, davvero minuscole, si prestano ad una vasta gamma di utilizzi, vista anche la disponibilita' di connettivita' ethernet. Ovviamente bisogna calarsi nel contesto hardware e operativo opportuno, tanto per dire non aspettatevi di compilare Apache e mettere il picotux in produzione :)
uCLinux e' una microdistribuzione, pensiamola piu' ad un kernel con relative librerie e tool chains ed un numero congruo di applicazioni utente. uClinux ha avuto origine dal kernel 2.0 per microcontrollers senza MMUs, tuttavia oggi uClinux copre un insieme molto piu' vasto di microdispositivi, e dispone di kernel derivati dai "fratelli maggiori" nelle versioni 2.4 e 2.6.
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