Març 2021

“La computació cognitiva exercirà un paper clau en temes de mobilitat”

“Un dels principals reptes en l’àrea de l’arquitectura de sistemes de computació serà la millora de la seva eficiència energètica”

“Els projectes europeus són una excel·lent via de col·laboració entre els grups de recerca i les pimes”

Les publicacions científiques d’Antonio González tenen un dels índexs d’impacte més alts del món, i ha registrat un total de 53 patents al llarg de la seva carrera investigadora. Ha rebut premis com el Rei Jaume I de Noves Tecnologies o l’ICREA Acadèmia, entre altres. És el fundador i director del grup ARCO (ARchitectures and COmpilers) des d’on col·labora amb nombroses empreses en projectes d’innovació d’alt valor afegit.

Recorda quan i on va veure el primer ordinador?

Quan vaig venir a estudiar la carrera a la UPC. Sóc d’un petit poble de la província de Terol, Valjunquera. Vaig arribar a la UPC al començament dels 80 per a cursar la Llicenciatura d’Informàtica, gràcies a un fullet que va arribar a les meves mans quan feia COU en l’institut d’Alcanyís i que em va fer abandonar el projecte d’estudiar Matemàtiques. El primer ordinador que vaig veure va ser a la facultat, tenia un processador Intel 8080, i el primer llenguatge amb el qual vaig començar a programar era Pascal.

Va fundar i dirigeix el grup de recerca ARCO. A què es dediquen?

L’àrea en la qual se centra el nostre treball és l’arquitectura de computadors, que consisteix en el disseny de sistemes de computació a nivell de blocs, i especialment com dissenyar els microprocessadors. Som unes 20 persones en el grup, la majoria enginyers, màsters i doctors en informàtica, especialitzats a l’arquitectura de computadors, alguns també especialitzats en la part de circuits, compiladors i llenguatges de programació. Tenim investigadors sènior, però també uns altres que estan en formació.

Quin tipus de relació tenen amb les empreses?

Important i contínua. Sempre hem tingut clar que en aquesta àrea de la recerca és molt important tenir relació amb les empreses, per a conèixer millor els reptes i oportunitats del futur, complementar la nostra formació, i aconseguir recursos per a la nostra recerca. Les empreses més afins al nostre treball són els dissenyadors i fabricants de microprocessadors, que són companyies molt grans a causa de l’enorme cost de disseny i fabricació d’aquests sistemes. Hem col·laborat amb multitud d’empreses com HP, IBM, STMicroelectronics, Analog Devices, però el nostre principal col·laborador ha estat sense cap dubte l’empresa Intel, líder mundial en fabricació de microprocessadors, amb la qual vam posar en marxa en 2002 un centre de recerca a Barcelona amb al voltant de 50 investigadors.

La carrera per aconseguir circuits més petits ha arribat a la seva fi?

Hem estat molt afortunats, perquè els qui es dediquen al desenvolupament de noves tecnologies de fabricació de circuits integrats han aconseguit que cada dos anys estrenéssim una nova tecnologia amb transistors que ocupen meitat d’àrea, més ràpids i amb un consum menor d’energia que els anteriors. És el que es coneix com la Llei de Moore. Des de fa uns cinc anys aquesta corba de desenvolupament s’ha començat a aplanar, i està en vies d’estancar-se o de créixer molt a poc a poc. No obstant això, la tecnologia de fabricació de circuits integrats continuarà millorant en altres aspectes com ara la integració en 3D, però sense cap dubte el paper de l’arquitectura adquirirà una especial rellevància per a continuar innovant. Un dels principals reptes en l’àrea d’arquitectura de sistemes de computació serà la millora de la seva eficiència energètica.

Aquest és el tipus de recerques que duen a terme en ARCO?

Així és. Estem treballant en l’estudi d’arquitectures especialitzades en determinats tipus d’aplicacions que creiem que tindran una especial rellevància. Per exemple, les que s’usen en aplicacions gràfiques, les GPUs, que són processadors especialitzats en aplicacions que fan un ús intens d’animacions gràfiques, com són els simuladors de sistemes en moviment o els jocs d’entreteniment entre moltes altres. També investiguem en el que es diu computació cognitiva, que són sistemes especialitzats en tasques que emulen les funcions cognitives humanes. La capacitat d’adopció d’aquesta mena de tecnologies és molt alta. Treballem perquè els ordinadors processin ordres de veu i en general puguin comunicar-se amb el nostre llenguatge ordinari, que puguin visualitzar el que hi ha al seu al voltant, entendre el que passa i prendre decisions. Això té una aplicació directa, per exemple, en temes de mobilitat.

I com s’aplica aquesta computació cognitiva a la mobilitat?

La computació cognitiva exercirà un paper clau en molts aspectes relacionats amb la mobilitat. Una de les principals àrees d’aplicació seran els vehicles autònoms. La computació cognitiva no sols ens alliberarà de la tasca de conduir, sinó que ens proporcionarà vehicles més segurs (reduint els accidents), més confortables (permetent dedicar-nos a altres tasques), i agradables (proporcionant-nos nous serveis d’entreteniment) per als nostres desplaçaments. Quan aquests sistemes estiguin a l’abast de la majoria de la població, canviarà dràsticament la mobilitat: la forma en la qual circularan els vehicles, el paper dels ocupants, la gestió del trànsit a les ciutats… L’impacte serà enorme.

Alguna altra aplicació estrella?

Els assistents virtuals. Aquests seran dispositius capaços d’analitzar i entendre l’entorn en el qual estiguin destinats a operar, i tindran la capacitat de fer tasques del nostre interès de manera autònoma o donar-nos suport en unes altres. Per exemple, podrem tenir un dispositiu que ens acompanyi a les reunions de treball, reconegui als assistents, resumeixi els principals punts de la reunió, les reaccions dels participants, i gestioni la nostra agenda en funció del que s’hagi debatut i acordat. Però per a això necessitem avanços importants en l’àrea de la computació cognitiva. Un altre camp de gran rellevància és el de la salut. La computació cognitiva permetrà millorar el diagnòstic mèdic, desenvolupar tractaments personalitzats i per tant mes efectius i menys invasius, i millorar el tractament de malalties rares.

Algunes d’aquestes aplicacions obren debats ètics. Com els resolen?

És un aspecte molt important, encara que la veritat és que afecta més els dissenyadors de les aplicacions que als de l’arquitectura. Però som conscients que existeix aquest debat sobre l’autonomia de les màquines amb capacitat de decidir i participem d’ell quan se’ns requereix.

Aquest tipus de recerques només està a l’abast de grans empreses?

No, poden accedir també les pimes, sobretot en els sistemes especialitzats. Aquí s’obre un gran ventall de possibilitats per a sectors molt concrets. Per exemple, els sistemes de vigilància, control d’accessos, robots domèstics, … experimentaran un creixement vertiginós, i tindran un impacte enorme especialment a l’entorn de la llar. Aquests sistemes requereixen de sofisticades funcions cognitives. Fabricar xips és molt car, però una petita empresa pot dedicar-se al disseny i externalitzar la fabricació. I a més tenim els sistemes basats en FPGAs, que són xips reprogramables als quals pots aplicar el teu disseny, i això està a l’abast de les pimes.

I de quina forma poden les empreses afrontar projectes d’innovació si no compten amb departaments per a això?

Col·laborant amb grups de recerca com el nostre, mitjançant acords bilaterals de treball. Els projectes europeus són una altra excel·lent via de col·laboració entre els grups de recerca i les pimes. A ARCO tenim experiències d’aquest tipus en el Programa Horitzó 2020 i els seus predecessors, que fomenten la col·laboració de grups acadèmics i grups industrials que tinguin la capacitat d’explotar els resultats de la recerca per a innovar en els seus productes.

L’European Research Council ha finançat el seu projecte de recerca CoCoUnit amb 2.5 milions d’euros i un termini de cinc anys. En què consisteix?

L’objectiu és desenvolupar nous sistemes de computació que tinguin capacitats cognitives. Aquests sistemes tindran una àmplia adopció en una infinitat d’entorns com per exemple en les activitats laborals, la sanitat, el transport, i l’oci. El que volem és dissenyar sistemes optimitzats per a aquesta mena de funcions, inspirant-nos en com funciona el cervell humà, i emprant molt menys temps i energia que els processadors que s’usen ara per a això. Les aplicacions pràctiques van des del reconeixement d’objectes, traducció, reconeixement de veu… en temps real i amb un consum d’energia mínim, que és fonamental per a equips petits, com els telèfons mòbils. Ens inspirem en com funciona el cervell perquè és un sistema l’eficiència energètica del qual és remarcable i molt superior a la dels computadors actuals per a aquesta mena de funcions, per a així dissenyar noves arquitectures que siguin alhora molt potents i eficients. I això ens obliga a repensar no sols les arquitectures, sinó també la programació. En lloc d’usar paradigmes de programació que han de detallar tots els passos a realitzar per a resoldre un problema, investiguem en sistemes que aprenen per si mateixos, igual que el cervell humà. El gran repte és aconseguir que aquests sistemes puguin realitzar aquestes funcions cognitives amb igual o millor precisió que les persones, però amb un consum d’energia ordres de magnitud inferior al dels actuals computadors.

En quins altres temes estan treballant?

Una altra àrea a la qual dediquem especial atenció són els processadors gràfics, i més concretament el disseny de l’arquitectura d’aquesta mena de processadors. La tendència actual, i que anirà en augment en el futur, és interactuar amb els ordinadors mitjançant interfícies gràfiques, imatges, elements audiovisuals… En aquesta àrea hem fet contribucions importants especialment en el disseny de GPUs per a sistemes mòbils, on el consum d’energia és el principal paràmetre a optimitzar, però sense renunciar a les altes prestacions, ja que la demanda per aplicacions gràfiques animades amb un major realisme no deixa de créixer, i continuem treballant en com millorar aquest tipus de sistemes.

L’article ha estat cofinançat pel Fons Europeu de Desenvolupament Regional de la Unió Europea en el marc Operatiu de FEDER de Catalunya 2014-2020.