Architetture digitali ad alte prestazioni basate sull'algebra geometrica

Progetto: Research project

Dettagli progetto

Description

Due aspetti chiave delle applicazioni della computer graphics sono la rappresentazione di oggetti geometrici e le loro trasformazioni. Tradizionalmente nelle fasi di modellazione e rendering 3D intervengono pesantemente i calcoli matriciali. L’algebra geometrica (conosciuta anche come algebra di Clifford) sta acquisendo una popolarità sempre maggiore per il modo naturale di rappresentare le entità geometriche unitamente ai suoi potenti strumenti analitici per il calcolo simbolico. La presente attività di ricerca è finalizzata alla progettazione di architetture parallele di calcolo in grado di offrire un supporto hardware agli operatori dell’algebra di Clifford. Saranno sviluppati prototipi di coprocessore su dispositivi logici programmabili (FPGA). Particolare attenzione sarà rivolta al basso consumo energetico nell’ottica di una integrazione su dispositivi mobili.

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2.1 Obiettivi L’attività di ricerca è finalizzata alla progettazione di architetture di calcolo di tipo vettoriale con supporto diretto degli operatori dell’algebra geometrica, in grado di soddisfare il compromesso di basso consumo energetico ed alte prestazioni richiesto dai dispositivi mobili. In particolare, si proseguono le attività già avviate nel primo anno. Con riferimento a sistemi di visione integrati, applicazioni di computer graphics, moduli di piattaforme robotiche e schede grafiche dedicate, questa famiglia di architetture supporterà nativamente gli operandi omogenei dell’algebra geometrica 4D (ovvero scalari, vettori, bivettori, trivettori e pseudoscalare) e le relative operazioni (ovvero prodotti geometrici, prodotto esterno, left e right contraction, somma e differenza). Verrà affrontato uno studio degli elementi e delle operazioni dell’algebra geometrica. Saranno realizzate implementazioni di prototipi su dispositivi logici programmabili (FPGA). I progetti verranno descritti mediante linguaggi per la descrizione dell’hardware, utilizzando in particolare i linguaggi Handel-C [22] e VHDL [4], [15] (bibliografia in sezione 2.3). 2.2 Metodologie Il presente progetto di ricerca è articolato in quattro fasi. La prima è già stata condotta nel corso del primo anno e riguarda lo studio delle caratteristiche dell’algebra di Clifford, al fine di individuare un dominio applicativo in cui verificare le funzionalità e le prestazioni delle architetture da realizzare. La definizione di tale dominio applicativo permetterà una precisa codifica dell’algebra di Clifford in strutture dati opportune, individuando e formalizzando le operazioni dell’algebra più significative e di più immediato e frequente utilizzo. Inoltre, verrà condotta una analisi preliminare delle implementazioni software disponibili in letteratura, individuando tra queste quelle più efficienti e specifiche per il dominio applicativo scelto. Nella seconda fase, oggetto del secondo anno di attività, tenendo conto dei domini applicativi individuati, si procederà, utilizzando specifici software di sviluppo, alla progettazione dell’architettura hardware del coprocessore, implementando le strutture dati e le operazioni geometriche selezionate in precedenza. La terza fase sarà dedicata alla verifica delle funzionalità dell’architettura. Si procederà dapprima ad una verifica funzionale tramite simulatori software, e quindi ad una fase successiva di ottimizzazione dei circuiti progettati al fine di massimizzare le prestazioni e di minimizzare le risorse hardware utilizzate e il consumo energetico. Nella quarta fase verranno, realizzati prototipi delle architetture progettate utilizzando opportune schede di sviluppo equipaggiate con dispositivi logici programmabili (FPGA). Sarà necessario, altresì, realizzare software di interfacciamento e controllo per il concreto utilizzo del coprocessore e per un più facile accesso a tutte le sue funzionalità. Infine, le prestazioni e le funzionalità dei prototipi realizzati saranno verificate effettuando una serie di test sperimentali, che comprendono ancheil confronto dei risultati ottenuti con le esistenti implementazioni software dell’Algebra di Clifford; già identificate nella prima fase.
StatoAttivo
Data di inizio/fine effettiva1/1/05 → …

Fingerprint

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