NORM: Un framework basato su FPGA per l’emulazione di computazione ad intermittenza con memorie non volatili

La soluzione proposta è un nuovo framework basato su FPGA che permette di emulare un’architettura non-volatile su qualsiasi tipo di hardware. Questo framework può essere usato per eseguire debug, e la verifica funzionale della logica. Inoltre, può essere anche integrato all’interno di un progetto in fase di sviluppo, in modo da testare il sistema nel suo insieme. Con questa innovativa soluzione, per la prima volta, si può eseguire una prototipazione rapida e una validazione su ogni architettura hardware battery-less.

Con il numero crescente di device IoT nasce la necessità di sviluppare dispositivi a bassissimo consumo energetico, spesso senza utilizzare batterie ma semplici energy harvester (raccoglitori temporanei di energia come ad esempio capacitori).

L’intermittenza di alimentazione diventa quindi un fattore da tenere in considerazione in fase di sviluppo dei dispositivi. Sulla maggior parte dei dispositivi attualmente in commercio sono montati elementi di memoria volatili, che quindi perdono il loro stato con l’interruzione dell’alimentazione. Sostituire l’intera memoria con una di tipo non-volatile spesso ha costi molto alti, per questo una buona soluzione è inserire piccole memorie non volatili nell’architettura del dispositivo in modo da salvare solo alcuni parametri necessari al corretto funzionamento del dispositivo.

Per questo motivo, c’è la necessità di un framework per la prototipazione e la verifica del corretto funzionamento di questa nuova architettura.

Grazie all’innovativa soluzione proposta, è possibile avere un vantaggio dal punto di vista economico (dato che si possono sviluppare architetture che implementano solo parzialmente delle memoria non volatili), sia dal punto di vista ambientale, in quanto si andrebbe ad ottimizzare il consumo energetico di miliardi di dispositivi Internet-of-things progettati nei prossimi decenni.

Questo framework è del tutto polivalente e può essere utilizzato per quasi la totalità delle architetture. In particolare, può essere usato per lo sviluppo, prototipazione e verifica funzionale di ogni architettura con un design battery-less, che ha bisogno di avere delle memorie non volatili per attuare nuovi paradigmi di calcolo come transient– or intermittent– computing.

Per la valorizzazione del progetto è sufficiente sviluppare/adattare una qualsiasi architettura che necessità di memorie non volatili per transient computing e mostrare le differenze in termini di risparmio energetico ed economico.

Questo framework consente di abbattere i tempi e i costi nella progettazione e prototipazione di sistemi che implementano architetture non-volatili. Offre inoltre la possibilità di avere delle stime in termini di energia consumata dalla nuova architettura, per capire quale politica di salvataggio sia più consona a quell’applicazione.

Inoltre è l’unica soluzione attualmente in commercio che permette di avere un ambiente di sviluppo su FPGA che implementa sia della logica volatile, che non-volatile. Questo permette di dimensionare correttamente i componenti da utilizzare secondo le necessità, implicando un risparmio dal punto di vista energetico, che economico.