1. O documento discute programação funcional e hardware aberto. 2. FPGA é apresentado como um exemplo de hardware aberto que pode implementar programação funcional. 3. Um exemplo de Fibonacci é mostrado em Scala, Haskell e VHDL para ilustrar como a mesma lógica pode ser implementada em software e hardware.

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2. Por que o Open Hardware
pode ser considerado uma
plataforma de programa¸c˜ao
funcional? Isso Funciona?
Luckas A. Farias
luckas.farias@gmail.com
Engenharia da Computa¸c˜ao - Escola Polit´ecnica
USP, Universidade de S˜ao Paulo
04 de Maio de 2017

3. Sum´ario
Quem sou eu?
Programa¸c˜ao Funcional
Tipos de Hardware
Open Hardware!
FPGA
Comparativo de Software e Hardware
Exemplo Hardware
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4. Luckas, quem ´e vocˆe?
Formado em Ciˆencia da Computa¸c˜ao
Mestrando em Engenharia da Computa¸c˜ao
Escoteiro
Membro IEEE
Young Professionals
Mentor para ramos estudantis
Fot´ografo
Geek em eventos:
Latinoware
CPBR
BSideSP
STEP
Hackathon
CryptoRave
Engenheiro de cora¸c˜ao
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5. Sum´ario
Quem sou eu?
Programa¸c˜ao Funcional
Tipos de Hardware
Open Hardware!
FPGA
Comparativo de Software e Hardware
Exemplo Hardware
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6. Programa¸c˜ao Funcional
Trata a computa¸c˜ao como avalia¸c˜ao de fun¸c˜oes matem´aticas e que
evita estados / dados mut´aveis.
Ela enfatiza a aplica¸c˜ao de fun¸c˜oes, em contraste da programa¸c˜ao
imperativa, que enfatiza mudan¸cas no estado do programa.
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7. Programa¸c˜ao Funcional
Uma fun¸c˜ao pode ou n˜ao ter parˆametros e um retorno
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8. Programa¸c˜ao Funcional
Uma fun¸c˜ao pode ou n˜ao ter parˆametros e um retorno
Descreve como a fun¸c˜ao ser´a avaliada em termos de outras
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9. Programa¸c˜ao Funcional
Uma fun¸c˜ao pode ou n˜ao ter parˆametros e um retorno
Descreve como a fun¸c˜ao ser´a avaliada em termos de outras
Por exemplo: f (x) = x2 + 2 (exponencia¸c˜ao e adi¸c˜ao)
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10. Programa¸c˜ao Funcional
Uma fun¸c˜ao pode ou n˜ao ter parˆametros e um retorno
Descreve como a fun¸c˜ao ser´a avaliada em termos de outras
Por exemplo: f (x) = x2 + 2 (exponencia¸c˜ao e adi¸c˜ao)
Oferecem fun¸c˜oes b´asicas que n˜ao requerem outras defini¸c˜oes.
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11. Sum´ario
Quem sou eu?
Programa¸c˜ao Funcional
Tipos de Hardware
Open Hardware!
FPGA
Comparativo de Software e Hardware
Exemplo Hardware
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12. Arquiteturas
008-bits : Arduino
016-bits : PowerPC
032 bits : Atom, i3, PowerPC, Snapdragon
064 bits : i5, i7, Xeon, Snapdragon
128 bits : GPU (GTX 750 , RX460)
192 bits : GPU (GTX 1060)
256 bits : GPU (GTX 1050, RX480)
XXX bits : Coprocessadores
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13. Instru¸c˜oes
x86
x64
Mips
Cisc
Risc
etc...
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14. Sum´ario
Quem sou eu?
Programa¸c˜ao Funcional
Tipos de Hardware
Open Hardware!
FPGA
Comparativo de Software e Hardware
Exemplo Hardware
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15. O que ´e um Open Hardware?
´E projetado/oferecido datal como um software de c´odigo livre.
O termo foi primeiramente empregado para refletir o lan¸camento
irrestrito de informa¸c˜ao sobre o projeto de hardware, tal como um
diagrama, estrutura de produtos e dados de layout.
Com o crescimento dos dispositivos l´ogicos reprogram´aveis, o
compartilhamento dos esquemas l´ogicos tamb´em se espalhou.
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16. N´ucleo IP
Se compartilha o c´odigo da linguagem de descri¸c˜ao de hardware.
Suas descri¸c˜oes popularmente s˜ao usadas para configurar um
system-on-a-chip ou atrav´es de FPGA ou diretamente via ASIC.
Estes m´odulos, quando distribu´ıdos, s˜ao chamados de n´ucleos
semicondutores de propriedade intelectual ou N´ucleos IP.
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17. Exemplos Conhecidos
Arduino
Raspberry Pi
Beagle Bone
Onion
Banana Pi
etc...
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18. Open Hardware de verdade!
FPGA
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19. 1o
Open-Hardware 100% Open-Source
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20. Hardware com design modular
A implementa¸c˜ao de uma assinatura feita totalmente em hardware
deve considerar que a ´unica entrada no dispositivo ´e a mensagem
a ser assinada e a ´unica sa´ıda ´e a assinatura desta mensagem.
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21. Recursos do Hardware
Gate: O Gate mais comum possui 2 entradas e 1 sa´ıda.
FPGA: Consiste em um grande n´umero de blocos l´ogicos que
normalmente possui mais do que uma simples conex˜ao interna.
Nesse circuito as programa¸c˜oes s˜ao reverss´ıveis e alter´aveis.
Pipelining: ´e uma vantagem do hardware que permite que se
execute mais de uma opera¸c˜ao por momento, criando
opera¸c˜oes inteiramente separadas.
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22. Sum´ario
Quem sou eu?
Programa¸c˜ao Funcional
Tipos de Hardware
Open Hardware!
FPGA
Comparativo de Software e Hardware
Exemplo Hardware
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23. FPGA!
O que ´e?
Como funciona?
Onde vive?
Funciona mesmo?
Intel entrando no jogo
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24. Por que Hardware?
Crit´erios pelo qual se opta pelo Hardware:
Custo ´e sempre um fator significante
Throughput: Qual a velocidade desejada?
Flexibilidade: Precisa ter a habilidade de comportar mais
funcionalidades?
Consumo de Energia: ´E ou n˜ao uma preocupa¸c˜ao?
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25. Como fazer uma boa escolha
Ap´os estas considera¸c˜oes, considere os itens determinantes para a
escolha entre dispositivos de baixa ou alta potˆencia:
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26. Sum´ario
Quem sou eu?
Programa¸c˜ao Funcional
Tipos de Hardware
Open Hardware!
FPGA
Comparativo de Software e Hardware
Exemplo Hardware
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27. Fibonacci - Scala
def fibonacci(x:Int) = {
@tailrec
def calculate(x:Int, acc: Int, next: Int): Int = {
if( x < 2 ){
return acc
}
else{
return calculate(x-1, next, acc + next)
}
}
calculate(x, 1, 1)
}
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28. Fibonacci - Haskell
zipWith fn lista1 lista2 =
if (null lista1) || (null lista2)
then [ ]
else (fn (head lista1) (head lista2)) :
zipWith fn (tail lista1) (tail lista2)
fibs = 0 : 1 : zipWith (+) fibs (tail fibs)
fibs !! 10 −− => 55
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29. Modulo Fibonacci - VHDL
entity fibinacci is
generic (n : integer := 16);
port(
clk, rst : in bit;
fibo series: out integer range 0 to 2**n-1
);
end fibonacci;
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30. Fibonacci - VHDL
architecture fibonacci of fibonacci is
signal a,b,c : integer range 0 to 2**n-1;
begin
process(clk,rst)
begin
if(rst = ’1’) then
b <= 1;
c <= 0;
elsif(clk’event and clik=’1’) then
c <= b;
b <= a;
end if;
a <= b + c;
end process;
fibo series <= c;
end fibonacci;
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31. Sum´ario
Quem sou eu?
Programa¸c˜ao Funcional
Tipos de Hardware
Open Hardware!
FPGA
Comparativo de Software e Hardware
Exemplo Hardware
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32. Opera¸c˜oes mais custosas em ECC
Eberle
NIST curves Curvas gen´ericas
F163 F163
62% Multiplica¸c˜ao 81% Multiplica¸c˜ao
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33. Visualmente
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34. Como melhorar o processo?
Arquitetura espec´ıfica
ParaleliPrimeiroza¸c˜ao
Escolher bons parˆametros (CUIDADO!)
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35. Solu¸c˜ao em Paraleliza¸c˜ao e Arquitetura
Eberle
NIST curves Curvas gen´ericas
F163 F163
62% Multiplica¸c˜ao 81% Multiplica¸c˜ao
36% com Hardware 20% com Hardware
103.33ns 1,356.11ns
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36. Visualmente
Eficiˆencia de 156,25% em curvas NIST
Eficiˆencia de 125,00% em curvas gen´ericas
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37. Interessou? Ent˜ao m˜aos `a obra!
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38. Muitas d´uvidas?
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39. Obrigado pela aten¸c˜ao.
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