Architetture hardware digitali per EDGE computing

Il gruppo EDGE è un gruppo di ricerca specializzato nella progettazione di architetture hardware avanzate per l'edge computing.
In un panorama in cui la generazione dei dati avviene sempre più ai margini della rete, la nostra missione è superare i limiti di latenza, banda e privacy tipici dell'elaborazione cloud-centrica. Sviluppiamo soluzioni silicon-proven che garantiscono prestazioni di vertice, rigorosa efficienza energetica, flessibilità e sicurezza, portando l'intelligenza artificiale e la potenza di elaborazione direttamente dove i dati vengono acquisiti.
La nostra ricerca si articola lungo due direttrici principali, sfruttando appieno i paradigmi del co-design hardware-software:

1. Accelerazione hardware specializzata ed ecosistema RISC-V
L'architettura aperta e modulare dei processori RISC-V rappresenta il cuore della nostra strategia di innovazione. Ci concentriamo sulla progettazione e integrazione di acceleratori custom per adattare i sistemi a carichi di lavoro specifici. La nostra esplorazione architetturale si divide in tre filoni principali:
- Architetture Tightly-Coupled: Progettiamo acceleratori integrati con la pipeline del processore principale. Sviluppando estensioni personalizzate del set di istruzioni (ISA), abilitiamo l'esecuzione di operazioni critiche a bassissima latenza. Questo approccio è cruciale per accelerare in modo efficiente reti neurali compatte e algoritmi di crittografia avanzata (come CRYSTALS-Kyber/Dilithium, ASCON, HQC).
- Architetture Loosely-Coupled: Sviluppiamo acceleratori indipendenti, dotati di accesso diretto alla memoria, ottimizzati per flussi di dati massicci e ad alto throughput. Queste architetture sollevano la CPU dai task più onerosi, trovando applicazione ideale nell'elaborazione numerica dei segnali (DSP), nella codifica video di ultima generazione (AVC, HEVC, VVC), nella decodifica per le telecomunicazioni (codici convoluzionali, Turbo, LDPC, Polar), e nell’AI/Machine Learning in applicazioni di edge AI.
- Near-Memory Computing (All-Digital): Affrontiamo il "memory wall" creando architetture che spostano la logica di calcolo direttamente in prossimità della memoria. Questo paradigma interamente digitale minimizza i trasferimenti di dati sul bus, superando il collo di bottiglia di von Neumann e garantendo un abbattimento drastico dei consumi energetici per i dispositivi battery-powered.

2. Sicurezza e Resilienza Hardware
Nell'edge computing, i dispositivi sono spesso esposti in ambienti non controllati. Per questo, analizziamo criticamente le vulnerabilità a livello fisico e architetturale. Valutiamo e potenziamo la resilienza dei sistemi contro gli attacchi di tipo side-channel (basati ad esempio sull'analisi del consumo di potenza o delle emissioni elettromagnetiche), progettando contromisure hardware capaci di garantire la root of trust del dispositivo.
L'eccellenza del gruppo EDGE risiede nella capacità di governare l'intero ciclo di progettazione VLSI, colmando il divario tra la ricerca architetturale e il silicio funzionante. Copriamo l'intero flusso: dal design RTL e ottimizzazione logica, alla progettazione fisica (Place & Route), fino alla rigorosa verifica funzionale, alla prototipazione e al tapeout finale. Le nostre soluzioni sono targettizzate sia per tecnologie FPGA, ideali per una prototipazione rapida, sia per domini ASIC, dove massimizziamo l'ottimizzazione di area, prestazioni e consumi (PPA).
Il gruppo collabora attivamente con primari istituti di ricerca e partner industriali a livello globale, traducendo l'innovazione in soluzioni per settori ad alta criticità:
- Automotive: Architetture ad alta affidabilità per comunicazioni V2X e guida autonoma.
- Spazio: Sistemi ad alte prestazioni per le comunicazioni satellitari avanzate.
- Biomedicale: Elaboratori ultra-low-power per l'analisi dei biosegnali su dispositivi wearable.
- Agrifood: Sistemi di AI embedded per il monitoraggio e l'agricoltura di precisione.