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turoInformatica

Ciclo di seminari, “Informatica tra Scienza e Tecnologia”Martedi 31 Maggio 2011Sala "M. Scatasta", Piazza Roma 6, Ascoli Piceno

Scuola di Scienze e Tecnologie - Sezione di InformaticaUniversità di Camerino

Francesco De Angelishttp://francescodeangelis.org

Andrea Polinihttp://www.cs.unicam.it/polini/

Cosa è l’informatica?“L’informatica non riguarda i computer più di quanto

l’astronomia riguardi i telescopi.” (E. W. Dijkstra)

Scienza: “studio dei fondamenti teorici dell'informazione, della sua computazione a livello logico e delle tecniche pratiche per la loro implementazione e applicazione in sistemi elettronici automatizzati detti quindi sistemi informatici”

Questo conduce alla tecnologia come mezzo e strumento per le attività quotidiane in cui si elaborano dati ed informazioni

Oggi siamo interessati a trend tecnologici emergenti per i prossimi anni

Come è nato tutto ciò?

(1) Model Driven EngineeringModel Driven Engineering

Domain Specific Languages

Code Generation

(2) Web 2.0 e Social Media

“applicazioni online che permettono uno spiccato livello di interazione tra il sito e l'utente”

Usano spesso tecnologia AJAX (Asynchronous JavaScript and XML) e RIA (Rich Internet Application) ma non è la tecnologia a fare il “due punto zero” ma gli utenti

Ne conosciamo molte, ma noi utenti sappiamo usarle e sfruttarle?

#jan25 ci insegna qualcosa

Web 2.0 e Social MediaNuovi network: Facebook, Twitter, YouTube, sono ormai dei mega social network. Oggi si cerca di sfruttare la larga base di utenza più che costruire nuovi network (twiptic, hashable, foursquare, ...)

Avanzamento nella tecnica: YouTube, ad esempio, non sarebbe stato possibile senza la banda larga e l’avvento di Flash 7, ora si evolve ad HTML 5 e, continuerà così

Più video con il crescere dell’offerta delle tv online on-demand

Perfezionamento e diffusione dei “virtual world” tramite ambienti 3D interattivi che forniscano almeno in parte l’esperienza della telepresenza

Enterprise Social Networking per rimodellare le intranet aziendali sul modello “social” per la condivisione della conoscenza

(3) Social Indexing

Ricerca di informazioni orientata all’utente

Offerta caratterizzata dalla passata esperienza dell’utente

Social indexing impiega anche le esperienze degli amici dell’utente (il “like” di Facebook, il “+1” di Google)

L’indexing tradizionale è invece basato sui link che le pagine hanno

“L’indexing passa dal link al like”

(fonte: technologyreview.com)

(4) Real-Time Search

Incorporare nelle ricerche nuovi dati in real-time derivati da aggiornamenti fatti ai contenuti

Anche su contenuti generati da utenti di social network

Molto difficile capire il valore di queste informazioni per avere qualità, autorità e rilevanza

I messaggi da social network possono perdere valore nel giro di minuti, si cercano deviazioni dal normale comportamento

(fonte: technologyreview.com)

(5) Social TV

L’audience per la tv è in declino, ma nei grandi eventi c’è elevata audience molta attività social

La Social TV va oltre l’esperienza passiva della TV tradizionale e crea uno scenario long tail

(fonte: technologyreview.com)

L’utente ritrova la “stanza della TV”

Grande opportunità di marketing, la pubblicità non è interruzione, ma si basa su affinità e condivisione del valore

Nuovo ingresso per il mondo online

(6) Mobile applications

Negli ultimi anni grande aumento dei dispositivi portatili connessi in rete

Grande sinergia tra sviluppo di hardware performante, piattaforme software e offerta di servizi di connettività

Esplosione del mercato delle “apps”

Elevato utilizzo dei “social media”

Mobile Content usage

(fonte: comScore Reports March 2011 U.S. Mobile Subscriber Market Share)

Top Smartphone Platforms

Google Android è in fase di “sorpasso” di Apple iPhone per quanto riguarda la piattaforma ma non ancora nel mercato della “apps”. E’ il software applicativo che guida questo mercato!

(fonte: comScore Reports March 2011 U.S. Mobile Subscriber Market Share)

Ci aspetta...

...una diffusione di dispositivi dalle capacità hw elevate

...la diffusione di massa del tablet (ancora non c’è il boom!, nonstante l’enorme vendita di iPad e Android)

...la convergenza tra sistemi operativi mobile e desktop!

integrazione di tecnologia (RFID, NFC) per l’integrazione con il “mondo reale”

Sempre più IoT nelle nostre tasche!

(7) Portafogli digitali

Grazie alla tecnologia della near-field communication sarà possibile implementare nuove forme di pagamento sfruttando l’ubiquità dei dispositivi mobili

(fonte: wired.it)

Le videoconferenze hanno già trasformato il nostro modo di lavorare. In futuro sempre più telepresenza per interagire con gli altri

(8) Telepresenza (fonte: wired.it)

(9) Internet of Things & Ubiquitous computingEstensione di internet al mondo degli oggetti e dei luoghi concreti

Gli oggetti si rendono riconoscibili e acquisiscono intelligenza grazie al fatto di poter comunicare dati su se stessi e accedere ad informazioni aggregate da parte di altri

RFID, NFC, QR-Code, ...

Classifichiamo gli oggetti

Artifacts: oggetti artificiali,fatti a mano e utilizzati a mano con la forza dei muscoli

Machines: artefatti complessi, precisi con parti in movimento che utilizzano forze non-umane e non-animali

Products: oggetti distribuiti commercialmente, anonimamente e uniformemente costruiti in quantità massive usando economie di scala. (Tutto ciò è iniziato nel periodo della prima guerra mondiale)

(fonte: “Shaping Things”, Bruce Sterling)

Gizmos

Oggetti alterabili dall’utente, con caratteristiche di multifunzionalità, programmabili con un ciclo di vita breve. Questi oggetti sono interfacce verso altri oggetti o servizi. L’epoca dei gizmos inizia negli anni 90.

“Old wine in new bottles”

Non ne bevete solamente il contenuto, ma avete accesso a tutte le informazioni ad essa associata. La bottiglia è un oggetto “gizmo-ized”!

Spime

Oggetti il cui supporto informatico è cosi esteso e ricco da essere considerati instanziazioni materiali di sistemi immateriali

Gli SPIME iniziano e finiscono il loro ciclo di vita come dati

Sono sostenibili, espandibili, identificabili univocamente, e materialmente costituiti di materia che può essere reinserita nel ciclo produttivo

Internet of Things & Ubiquitous computingElaborazione delle informazioni interamente integrata all’interno di oggetti e attività di tutti i giorni. Avremo almeno tre tipi di dispositivi:“Tabs: wearable centimetre sized devices”“Pads: hand-held decimetre-sized devices”“Boards: metre sized interactive display devices”

Oltre a dispositivi senza output video: Dust, Skin, e Clay

Claytronics, CMU

Oltre IoT e Ubiquitous

Ambient intelligence: ambienti elettronici sensibili e responsivi alla presenza di persone. Costituita da sistemi: embedded, context aware, personalizzati, adattativi, anticipatori.

Wereable Computing: computer “indossabili”

Smart environment: “a physical world that is richly and invisibly interwoven with sensors, actuators, displays, and computational elements, embedded seamlessly in the everyday objects of our lives, and connected through a continuous network” (Mark Weiser)

(10) Gestural Interfaces

Sistemi di visione 3D per interagire senza toccare i dispositivi (Microsoft Kinect, PrimeSense)

Aggiungere profondita all’immagine 2D: “time of flight” di luce e suono, “structured light” di pattern di luce distorti da superfici. Molta ricerca ma poco commercializzabile

(fonte: technologyreview.com)

PrimeSense usa tecnica stereoscopica, comparazione di immagini da due diversi punti di vista

(11) Augmented Reality

Le informazione sono sempre di più integrate negli oggetti stessi e nelle città.

Nascoste agli occhi, forse, ma non alle telecamere degli smartphone

Video: SixthSense

(fonte: wired.it)

(12) Cloud Computing

Fornitura on-demand di risorse computazionali (dati e software) tramite la rete

Software as a Service (SaaS)Platform as a Service (PaaS)Infrastructure as a Service (IaaS)

L’utente non necessita di conoscere la locazione fisica delle risorse che sta usando (la risorsa è “in the cloud”)

Chromebook

HW con sistema operativo Google Chrome OS

Avvio e accesso rapidissimo, aggiornamento automatico e “indolore”, sicurezza by design, solo web apps!

C’è di più: Google offre alle aziende l’hw necessario a 28$ al mese, molto meno del costo della licenza. Il passaggio al cloud è uno scenario consistente e reale per il mondo business!

“Il computing è come l’energia elettrica... con l’ethernet!”

(13) Cloud Programming

Capacità di processing e storage infinite vanno sfruttate

Necessità di nuovi software, non conversione dei vecchi!

(fonte: technologyreview.com)

I dati sono dinamici, cambiano mentre vengono processati (es: dati da sensori)

Semplicità se si riesce a tenere traccia dei dati e di cosa avviene

Creare database cloud-friendly modificando i linguaggi utilizzati, il programmatore pensa al risultato non ai dettagli su come gestire dati

(14) Homomorphic EncriptionCompiere una operazione sui dati crittografati e decifrare il risultato produce la stessa risposta dell’analoga operazione sui dati non crittografati

Approcci teorici da 30 anni, IBM è sulla strada, ma questa è lunga e tortuosa con richieste computazionali elevatissime. Serviranno ancora degli anni (5-10)

Problema di sicurezza nel cloud: in molti casi,dati crittografati solo nel trasporto!

(fonte: technologyreview.com)

(15) Cloud Streaming

Applicazioni computazionalmente intensive su dispositivi con capacità limitate

Video-editing, architectural-design, e in generale applicazioni graphic-intensive, operazioni nel cloud, risultati trasferiti via rete

(fonte: technologyreview.com)

Goal: rispondere all’utente in 80 ms (valore soglia per una corretta percezione visiva)

(16) Grid Computing

Combinazione delle risorse computazionali di più computer per raggiungere un goal comune. La grid può essere vista come un sistema distribuito che forma un “super virtual computer”

(17) Evoluzioni dell’HW

“Il numero di transistor che può essere inserito in un microprocessore raddoppia ogni due anni” (Legge di Moore)

E’ importante perchè è legata a molti fattori nell’elettronica di consumo: velocità, capacità di memoria, numero di pixel, etc

Intel tri-gate transitor

La legge non può continuare per sempre, Intel ne prevedeva (nel 2003) la fine intorno al 2018

Processo a 16 nanometer con 5 nanometri per il gate induce problemi su scala atomica

...ma nel 2011 Intel introduce nel mercato il “transistor 3D” tri-gate, il transistor non è piu planare ma realizzato su tre dimensioni. Il gate è piu piccolo, la legge di Moore è mantenuta!

Intel tri-gate transitor

Litografia a 22 nanometri, commercializzazione entro l’anno (architettura Ivy Bridge)

MemristorTeorizzato nel 1971 da Leon Chua, nel 2008 HP ne annuncia la realizzazione

Componente elettronico passivo a due terminali: quando la corrente fluisce in una direzione la resistenza incrementa (e viceversa), il memristor ne “ricorda” il valore

Combinati in strutture chiamate crossbar latches potrebbero rimpiazzare i transitor (occupando meno spazio, consumando di meno e ottenendo prestazioni superiori)

Attualmente sono usati in via sperimentale per modellare il comportamento di organismi unicellulari (dalle simili proprietà) poiché hanno la capacità di mimare architetture neuro-biologiche presenti nel sistema nervoso

Ma non solo: “MoNETA is the first large-scale neural network model to implement whole-brain circuits to power a virtual and robotic agent compatibly with memristive hardware computations” HP Labs & Boston Univ. Neuromorphics Lab

(fonte: The Mysterious Memristor, IEEE Spectrum, May 2008)

(18) Nuovi Paradigmi di Computazione

Quantum Computing

Dna Computing

Molecular Computing

Computazione quantistica

Uso diretto dei fenomeni di meccanica quantistica per effettuare operazioni sui dati

Dal bit al qubit, il qubit può rappresentare due stati (0, 1) e una sovrapposizione di questi

Sovrapposizione degli stati

Entanglement: dipendenza tra stati, anche se essi sono spazialmente separati! Nessun analogo classico

a che punto è?In ricerca moltissimi approcci, teorici, algoritmi e pratici

Fattorizzazione di interi, algoritmo di Shor, 1994 (IBM lo dimostra, 2001, 7 qubit, 15=5*3)

Ricerca in database non strutturati, Algoritmo di Grover, 1996 (usato per invertire funzioni)

In generale “accelerazione” nella soluzione di problemi classici con nuovi algoritmi

2005: chip a semiconduttore (Univ. of Michigan)

2009: transistor basato su una sola molecola

2009: processore quantistico con 2 qubit (Yale Univ.)

11/05/2011: 1° chip commerciale 128 qubit (D-Wave) ...critiche da una parte della comunita scientifica. Acquistato da Lockheed Martin

DNA ComputingUtilizza il DNA e quindi la biochimica e la biologia molecolare, simile al calcolo parallelo, trae vantaggio dalle proprietà delle molecole di DNA di considerare più possibilità alla volta

Leonard Adleman, 1994, cammino hamiltoniano per grafo a 7 vertici (problema NP-completo)

2002, Macchina molecolare programmabile composta da enzimi e molecole di DNA (Weizmann Institute)

2004, computer a DNA dotati di I/O per la diagnosi dell’attività cancerosa ed il rilascio di farmaci (Weizmann Institute)

L’esperimento di AdlemanIl problema:

(fonte: Computing with DNA, L. Adleman, Scientific American, August 1998)

La soluzione di Adleman:

Computazione in laboratorio (tubi, provette, soluzioni, etc.)

Proprietà del DNA

Operazioni “macchina” di basso livello come: separate, cut, paste, repair, etc...

Velocità deriva dal parallelismo e grande capacità di memoria invece che dal ciclo di clock

L’esperimento di Adleman

Time complexity : O(n) bio-steps

Space complexity: n! strands

Per 200 nodi, 3*1025 Kg di DNA, più della massa della terra!!

(fonte: Molecular Computation Of Solutions To Combinatorial Problems, L. Adleman, Science, 1994)

Molecular ComputingMay 1

2, 2011

Watson!

Computer in grado di rispondere a domande in linguaggio naturale! Query non conversazioni!

Nel 2011 vince puntata di Jeopardy! Utilizzando 4 TB di dati, senza esser connesso alla rete

Architettura parallela con 2880 core POWER7 e 16 TB RAM (occupa 10 rack fisici), IBM DeepQA software, 3M$, 80TeraFlops (94° in Top500)

“The goal is to have computers start to interact in natural human terms across a range of applications and processes, understanding the questions that humans ask and providing answers that humans can understand and justify."

David Ferrucci, IBM, Watson principal investigator

(web: http://www-03.ibm.com/innovation/us/watson/research-team/index.html)

Nel futuro solo informatica?

Genetica

Robotica

Informatica

Nanotecnologie

avranno un grande impatto

nell’avanzamento tecnologico generale

Accelerating Change

Emergenza di tecnologie sempre più sofisticate separate da intervalli di tempo sempre piu brevi

“The acceleration of technological progress has been the central feature of this century” (Vernor Vinge)

Legge di Moore estesa all’intero dominio tecnologico, previsione di robot come specie artificiale nel 2030/2040 (Hans Moravec, CMU)

Asimov

Singolarità Tecnologica

Evento ipotetico in cui il progresso tecnologico è cosi rapido e la crescita di una intelligenza super-umana è cosi grande che il futuro successivo diventa imprevedibile

Nozione nota sin da Turing e Von Neuman, popolare negli ultimi anni

(fonte: Special Report: The Singularity, IEEE Spectrum, June 2008)

Letture

Scuola di Scienze e Tecnologie - Sezione di InformaticaUniversità di Camerino

Pre

sent

eFu

turoInformatica

Ciclo di seminari, “Informatica tra Scienza e Tecnologia”Martedi 31 Maggio 2011Sala "M. Scatasta", Piazza Roma 6, Ascoli Piceno

Francesco De Angelishttp://francescodeangelis.org

Andrea Polinihttp://www.cs.unicam.it/polini/

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