Hacia el futuro con Samsung Research ④: Instituto de I&D de Samsung de Rusia – Optimización de la experiencia del usuario y más con soluciones de software de sistemas inteligentes

En esta serie, Samsung Newsroom presenta a expertos en tecnología de los centros de I+D de Samsung de todo el mundo para que conozcan el trabajo que realizan y la forma en que están mejorando directamente la vida de los consumidores.

El cuarto experto de la serie es Evgeny Pavlov, Líder del Laboratorio de Software de Sistemas Avanzados del Instituto de I&D de Samsung en Rusia (SRR). En 2020, Pavlov fue nombrado líder de su laboratorio tras 9 años de trabajo dedicado en técnicas avanzadas para el análisis de programas en el SRR.

Entre los sistemas que en los que Pavlov trabaja está  System (SW), un software que fue diseñado para proporcionar una base para otro software, como el Sistema Operativo (SO) que se utiliza en smartphones, los marcos de trabajo para aplicaciones basadas en IA, herramientas para desarrolladores y más. System SW es responsable de la comunicación entre el software y el hardware aplicados. Continúa leyendo para obtener más información sobre la investigación crucial que Pavlov y su equipo llevan a cabo en SRR.

P: Los resultados de la investigación sobre IA y aprendizaje automático son de importancia clave para diseñar y optimizar todo tipo de tecnologías. ¿Qué papel desempeña la investigación de software de sistemas en la activación adicional de estas tecnologías?

 La investigación de System SW ahora desempeña un papel muy importante en el aprendizaje automático, aunque es posible que no sea visible para el usuario final. En primer lugar, los marcos de trabajo de aprendizaje automático no siempre funcionan de manera óptima en hardware y procesadores de uso general, por lo que deben optimizarse para que se tengan en cuenta varios recursos de hardware y utilicen extensiones adicionales de la unidad central de procesamiento (CPU).

Además, las últimas tendencias en la industria de la inteligencia artificial (IA) incluyen la integración de unidades de procesamiento especializadas para la aceleración de redes neuronales. De igual forma, muchas empresas han estado desarrollando recientemente aceleradores especializados para redes neuronales llamados unidades de procesador neuronal (NPU). Para el procesamiento óptimo de un modelo de aprendizaje automático, es necesario transformar el modelo de red neuronal en un conjunto de instrucciones para este acelerador.

Estas conversiones de modelos de redes neuronales generalmente se automatizan mediante un compilador de redes neuronales, ya que se requiere una comprensión profunda de la arquitectura de NPU para el desarrollo de estos compiladores. Esto significa que nosotros, los desarrolladores de System SW, estamos involucrados en su creación, ya que tenemos un conocimiento profundo de cómo funciona el hardware de la computadora.

En otras palabras, gracias a este cambio en los requisitos de la industria, el enfoque de los ingenieros de System SW está moviéndose desde la optimización de programas de propósito general hacia la optimización de programas basados en inteligencia artificial y aprendizaje automático.

P: ¿Podría presentarnos brevemente el Instituto de I&D de Samsung en Rusia (SRR) y el tipo de trabajo que realiza?

 En estos días, en SRR, estamos enfocándonos en desarrollar nuestra experiencia y capacidades en tres áreas principales de I+D: solución de sensor, imágenes de IA y System SW. El SRR tiene experiencia integral en I+D de sensores, que incluye el desarrollo de hardware y algoritmos, así como la comercialización específicamente para soluciones biométricas y de cuidados de la vida. El SRR ha estado profundamente involucrado en el desarrollo de la biometría del iris, la cara y las huellas dactilares, así como en la estimación de la composición corporal para smartwatches. De igual forma, el instituto también contribuyó al fortalecimiento de las conocidas funciones Super Slow Motion (Super Cámara Lenta) y Night Mode (Modo Nocturno) en las cámaras de los smartphones mediante el desarrollo constante de la sinergia entre la óptica y la IA dentro del área de imágenes de IA.

Creo que System SW es una de las áreas de investigación más prometedoras que se están llevando a cabo en SRR en este momento. Basándonos en nuestro profundo conocimiento de varios hardwares y sistemas operativos (SO), al igual que en nuestra sólida mano de obra de ingeniería, hacemos todo lo posible para ser un proveedor de tecnología central de System SW para toda la empresa.

P: Siguiendo los logros dentro del Laboratorio Avanzado de System SW en SRR, ¿en qué están trabajando en este momento?

 Estamos llevando a cabo una extensa investigación sobre posibles nuevas direcciones para nuestro equipo de System SW con el fin de comprender las últimas tendencias del área que puedan reemplazar las técnicas tradicionales de System SW en un futuro próximo.

Nuestro laboratorio también está trabajando actualmente en un proyecto relacionado con la habilitación de la infraestructura vRAN escalable de 5G para ser compatible con múltiples tipos de redes, así como otros proyectos relacionados con tecnologías de compilación para Android y Tizen OS, desarrollo avanzado de SO y la producción del Kit de Desarrollo de Software (SDK) para la IA On-Device.

Además de liderar el laboratorio de System SW Avanzado, actualmente también estoy liderando un proyecto de SRR para la plataforma de IA On-Device llamada ONE, u On-Device Neural Engine. Este proyecto está desarrollándose en colaboración con el Laboratorio On-Device en Samsung Research, y Samsung mantiene un aspecto importante de este proyecto como una iniciativa de código abierto ubicada en github.com.

P: La IA On-Device y las tecnologías avanzadas de System SW son cruciales para brindar a los usuarios experiencias móviles sólidas e innovadoras. ¿Podría explicarnos un poco más sobre por qué es así, y la dirección de la investigación que han tomado en el Laboratorio de System SW Avanzado?

System SW desempeña un papel clave en el funcionamiento de la aplicación y la experiencia del usuario. System SW es la capa inferior que se encuentra entre el hardware de un dispositivo y las aplicaciones del usuario, lo que significa que es la base para el resto del software. Es posible que los usuarios no vean System SW en acción, ya que sus interacciones con sus aplicaciones móviles están relegadas a simplemente a la interfaz, pero bajo el capó de tus aplicaciones favoritas hay muchas capas de lógica de programa. Por ejemplo, administrar el reconocimiento de un toque para la pantalla en el núcleo del sistema y luego dibujar una ventana correspondiente a través de la biblioteca de gráficos. Si hay un retraso en cualquiera de estos niveles de reconocimiento, todo el rendimiento del sistema se ve afectado, pudiendo afectar también la experiencia del usuario. Por lo tanto, System SW incluye requisitos especiales para el consumo de memoria y la latencia.

La capacidad de integrar aceleradores de hardware especializados en dispositivos móviles ha influido en gran medida en el desarrollo de aplicaciones basadas en IA. Esta integración perfecciona la calidad de la imagen, el bloqueo de dispositivos biométricos, los teclados predictivos y más, tecnologías a las que los usuarios están tan acostumbrados en estos días que sería difícil imaginar un dispositivo móvil sin ellas. El mayor desarrollo de los aceleradores está destinado a hacer que nuestros dispositivos móviles sean aún más inteligentes, más fáciles de usar, y abrirá nuevas posibilidades para las aplicaciones de IA que, anteriormente, solo podrían haber sido soñadas en películas de ciencia ficción.

System SW también puede perfeccionarse utilizando estas tecnologías basadas en IA para la personalización de un dispositivo móvil a un usuario específico, proporcionando configuraciones adaptables según la ubicación del usuario, el comportamiento y los estándares de uso del dispositivo. Nuestro equipo participa activamente en dicha investigación sobre la mejora de System SW mediante el uso de tecnologías de IA en el dispositivo. 

P: ¿Cuáles cree que son los principales beneficios para el usuario que se derivan de la incorporación de tecnologías de IA On-Device en los dispositivos móviles?

 La IA On-Device es una tecnología relativamente nueva y está estrechamente relacionada con la creciente popularidad de las aplicaciones basadas en IA. Inicialmente, dichas aplicaciones se ejecutaban utilizando un servidor de alto rendimiento en la nube donde se realizaban todos los cálculos complejos, pero tanto el crecimiento del rendimiento del procesador móvil como la integración de aceleradores de hardware especializados han hecho posible ahora desarrollarse aplicaciones de IA para ejecutarse directamente en un dispositivo móvil, no un servidor.

La ejecución de redes neuronales en el dispositivo para aplicaciones de IA tiene una serie de ventajas para los usuarios. En primer lugar, se reduce el tiempo de respuesta a los usuarios que disfrutan de su aplicación, pues ya no es necesario enviar datos al servidor para después esperar el resultado; en segundo lugar, se mantiene la privacidad de los datos ya que todo el procesamiento se realiza en el dispositivo y, en tercer lugar, estas aplicaciones pueden ejecutarse incluso sin conexión a Internet.

P: ¿Cómo su proceso de desarrollo de ideas, tanto a nivel interno como con empresas y universidades nacionales, sirve para, en última instancia, brindar mejores experiencias a los usuarios?

En SRR, somos proactivos en el seguimiento de las últimas tendencias en áreas relevantes, realizamos seminarios internos, intercambiamos experiencias, interactuamos con otros equipos y desarrollamos nuestras pruebas de conceptos. Este intercambio de experiencias se produce principalmente en eventos informales, en almuerzos o en la cocina, y muchas veces arroja resultados muy interesantes. También realizamos brainstorms con regularidad para generar nuevas ideas. Una de las últimas sesiones que realizamos estuvo relacionada con el desarrollo futuro de un proyecto de máquina virtual de bajo nivel de código abierto (LLVM), en el que generamos alrededor de 30 ideas diferentes y, después de filtrar internamente, elegimos tres de las áreas más prometedoras que estoy seguro de que están preparadas para expandir nuestra competencia y que serán útiles en el futuro para el negocio de Samsung.

Además de las interacciones con otros equipos dentro de SRR, nuestro centro de investigación organiza seminarios externos y talleres conjuntos en los que compartimos experiencias, discutimos las tendencias actuales y compartimos ideas para los desafíos tecnológicos existentes. Aquí en Rusia, tenemos la suerte de contar con un grupo muy sólido de programadores de sistemas, gracias al énfasis puesto en el desarrollo de System SW en la etapa universitaria.

P: ¿Cuáles cree que son las principales tendencias dentro de su industria en este momento? ¿Cómo las ha ido incorporando a la investigación que hace en SRR?

 Creo que System SW se optimizará cada vez más mediante la adopción del aprendizaje automático. Esto nos permitirá centrarnos en tareas más complejas y deshacernos de aquellas rutinas de optimización. Smart System SW nos permitirá lograr el mejor desempeño en el procesamiento de la información.

Además, IA On-Device no solo hará que nuestros dispositivos móviles sean más inteligentes, también lo hará con wearables, lo que en última instancia conducirá al uso generalizado de la IA en todo tipo de dispositivos. La conexión de estos dispositivos inteligentes requerirá métodos de comunicación de alta velocidad que aprovechen tecnologías de comunicación como 5G y, más allá, que tengan la capacidad de equilibrar dinámicamente la carga entre los nodos de computación de la red. Esta dirección de la investigación también se está explorando activamente en nuestro laboratorio.