用于不确定性跟踪的计算设备的制作方法

本公开涉及一种用于不确定性跟踪的计算设备、一种用于不确定性跟踪的数据处理系统、一种用于不确定性跟踪的计算机实现的方法、一种包括用于执行所述用于不确定性跟踪的计算机实现的方法的指令的计算机程序、以及一种包括用于执行所述用于不确定性跟踪的计算机实现的方法的指令的计算机可读存储介质。更特别地，本公开涉及一种用于通过数据存储接口卸载（offload）不确定性计算的计算设备。

背景技术：

1、如今，计算机被用于生活中几乎每个方面的数据处理。可由计算机处理的数据可以包括但不限于来自传感器的读数、股票市场数据、或量子计算机输出的测量值。虽然此类数据中的不确定性很常见，但常规计算平台只能处理确定的且无歧义的整数和浮点值。因此，常规计算平台通常尝试通过将各读数之间的变化平均成单个数字，或执行某种其他统计分析以减少读数，从而消除不确定性，使得诸如add、subtract、multiply、xor等操作可以在这些数据上执行。这些操作的结果是其他整数或浮点值。

2、在许多用例中，处理结果的准确性至关重要。例如，馈送自动驾驶汽车的自主控制算法的传感器数据包含车辆各传感器之间的变化。自主控制算法决策的质量可能取决于处理结果的准确性。例如，如果自主控制算法必须执行紧急停止，传感器数据中的不确定性可能影响紧急停止是否以安全方式执行。

3、在此类用例中，可以采用所谓的蒙特卡罗（monte carlo）方法，其涉及根据输入不确定性的分布，用略微不同的输入重新运行软件数百万次，以理解输入中的不确定性如何影响结果。因为当今计算机只能对数字执行计算，而不能对不确定性分布执行计算，蒙特卡罗方法慢且昂贵，并且仅可用于离线分析。

4、此外，对不确定性分布执行计算通常需要使用高性能硬件和专用软件。这在尝试将不确定性跟踪集成到现有系统中时带来挑战，使其成为具有挑战性甚至不可能的任务。不确定性跟踪的独特需求通常需要定制的技术方案，例如蒙特卡罗方法，这些方案可能无法与常规的、现成可用的系统无缝对齐。

技术实现思路

1、鉴于上述内容，提供一种用于不确定性跟踪的计算设备、一种用于不确定性跟踪的数据处理系统、一种用于不确定性跟踪的计算机实现的方法、一种包括用于执行所述用于不确定性跟踪的计算机实现的方法的指令的计算机程序、以及一种包括用于执行所述用于不确定性跟踪的计算机实现的方法的指令的计算机可读存储介质。

2、本公开的目的是能够对不确定性分布执行计算，特别是无需在主机侧进行修改。本公开的另一目的是最小化对不确定性分布进行计算所需的时间和/或资源。

3、这些目的由独立权利要求的特征解决。优选实施例在从属权利要求中限定。

4、根据本公开的独立方面，提供一种用于不确定性跟踪的计算设备。该计算设备包括接口模块，被配置用于与主机进行数据通信；以及计算模块，被配置为处理经由接口模块从主机接收的输入数据中包含的不确定性信息。

5、贯穿本公开使用的术语“主机”指计算机系统或设备，其向其他连接的设备，特别是计算设备，提供资源、服务和/或数据。主机可以与计算设备交互和协作，以执行本公开上下文中的任务。

6、贯穿本公开使用的术语“计算模块”指设计用于计算任务的硬件组件或单元。计算模块包含至少一个处理器，并且可选地包括执行特定计算所必需的其他组件，例如至少一个存储器。

7、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，经由接口模块从主机接收的输入数据中包含的不确定性信息包括或涉及不确定性分布信息和/或概率分布。概率分布通常被理解为根据其样本空间和事件概率的现象。

8、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，经由接口模块从主机接收的输入数据基于经验样本集合或解析分布或传感器读数集合。

9、计算模块被配置为通过使用不确定性跟踪功能来处理不确定性信息。根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，不确定性跟踪功能包括一个或多个操作。优选地，所述一个或多个操作在分布值上执行。优选地，所述一个或多个操作包括算术运算，更优选地包括加法、减法、乘法、除法和/或求幂，或通常包含在微处理器指令集中的其他此类操作。

10、根据本发明实施例的计算设备允许将测量装置（例如传感器）所做的测量数据中的不确定性表示和传播为分布信息（例如概率分布、频率分布等）。通过与主机的接口，提供给主机输入的测量数据（例如通过传感器）中的不确定性由计算设备量化并表示为分布信息。这使得通用计算系统能够以透明方式扩展不确定性跟踪能力，而不需要改变其硬件设计。

11、贯穿本公开使用的术语“不确定性跟踪”（或不确定性传播）通常指当输入数据由计算设备/计算模块处理时，量化和管理与输入数据相关的不确定性或变化以及每个操作（例如add、sub等）结果的不确定性的过程。术语“不确定性跟踪”（或不确定性传播）特别指监测数据中的不确定性如何影响作用于数据的算术运算序列的输出的过程。对于给定数据项，例如测量，术语不确定性量化（uq）通常用于指量化该单个数据项的不确定性的过程。不确定性跟踪旨在提供对与计算结果相关的限制和潜在误差的更全面理解。它涉及用于表示、传播以及在一些情况下减轻不确定性的技术和方法，以增强计算结果的可靠性和鲁棒性。当处理真实世界数据、复杂模型或难以获得精确信息的情况时，这变得尤其关键。用于处理不确定性信息的非限制性示例性方法在wo2022248719中解释。

12、对概率分布进行操作可能涉及表示不确定性。这可以通过处理数据集、例如经验样本或解析分布来完成，以生成不确定性表示。该表示可以是概率质量/密度函数/分布的表示，并允许对不确定性进行计算操作。表示生成算法可以使用诸如位置和概率之类的参数来生成该不确定性表示。在优选实施例中，这使用狄拉克δ来实现，其中域中的每个实数由具有关联概率质量的δ函数表示。

13、应当注意，在其域内根据狄拉克δ的分布表示不同于概率质量函数（pmf），在pmf中分布的域按定义是离散值的，并且积分可以用求和代替。因为狄拉克δ分布不是函数而是分布，所以将分布表示为狄拉克δ的集合也不同于概率密度函数（pdf）的概念。通常，可以将由狄拉克δ组成的、积分到1.0（即其概率质量总计为1.0）的表示称为概率密度分布（pdd），它是概率密度函数（pdf）的泛化（即pdf是pdd，但pdd不一定是pdf）。

14、所谓的伸缩扭矩表示（ttr）是根据狄拉克δ的分布的不确定性表示的示例。应理解，本公开不限于此，也可以使用其他方法来构造表示，例如wo 2022/248714 a1中描述的矩量化直方图表示（mqhr）。

15、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，接口模块被配置为基于sd（安全数字）协议、cxl（计算快速链路）协议、pcie（外围组件互连快速）协议、nvme（非易失性存储器快速）协议和/或usb（通用串行总线）协议与主机进行数据通信。

16、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，计算设备包括至少一个存储模块。

17、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，计算设备被配置为允许主机通过寻址接口模块将数据写入所述至少一个存储模块并从所述至少一个存储模块读取数据。

18、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，计算模块被配置为处理输入数据中包含的不确定性信息，所述输入数据经由接口模块从主机接收并存储在所述至少一个存储模块中。

19、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，计算设备被配置为仿真块存储设备。

20、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，计算设备被配置为仿真原始块设备。

21、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，计算设备被配置为允许主机使用预定义存储i/o地址集合将数据写入所述至少一个存储模块并从所述至少一个存储模块读取数据。

22、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，计算设备被配置为仿真fat32格式化的块存储设备。

23、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，计算设备被配置为允许主机使用合成文件系统将数据写入所述至少一个存储模块并从所述至少一个存储模块读取数据。

24、贯穿本公开使用的术语“仿真”指使用另一系统或指令集复制一个系统、设备或软件应用的行为、功能或特性的过程。这可以用于实现不同技术之间的兼容性，或在不同的平台上模拟特定硬件或软件的行为。仿真允许系统模仿另一个系统的操作，通常目的在于运行最初为不同架构或环境设计的软件或应用。

25、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，计算设备被配置为可移除地连接到主机的接口设备，以经由接口模块建立数据通信。

26、贯穿本公开使用的术语“可移除地”指物体之间的可释放机械连接。它特别指某物可以被拿走或拆卸而不会造成损坏或永久改变的能力或方式。当一个物体被描述为可移除地附接或连接时，表示它可以与其连接位置分离或取下，而不会对物体本身或其直接环境造成损坏或引入变化。

27、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，计算设备被配置为可移除地插入主机的接口设备中，以经由接口模块建立数据通信。

28、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，主机的接口设备是槽，并且计算设备被配置为可移除地插入该槽中。

29、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，计算设备具有或兼容安全数字（secure digital）外形规格（form factor），例如microsd或全尺寸sd外形规格。

30、优选地，计算设备，例如全尺寸sd外形规格计算设备，具有32mm×24mm×2.1mm的尺寸。

31、优选地，计算设备，例如全尺寸sd外形规格计算设备，具有32mm×24mm×1.4mm的尺寸。

32、优选地，计算设备，例如microsd计算设备，具有15mm×11mm×1mm的尺寸。

33、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，计算设备被配置为表现为（起作用的）sd设备，使得主机能够使用例如sd协议或sd-over-spi协议与计算设备通信。

34、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，计算设备包括主模块和经由柔性连接连接到主模块的连接器。

35、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，主模块至少包括计算模块。可选地，主模块还可以包括所述至少一个存储模块。

36、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，连接器被配置为可移除地插入主机的接口设备中，以经由接口模块建立数据通信。

37、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，连接器具有安全数字外形规格，例如microsd或全尺寸sd外形规格。

38、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，主模块包括至少一个电源端口，用于向计算设备供电。

39、附加地或替代地，主模块可以包括至少一个无线通信模块。

40、附加地或替代地，主模块可以包括至少一个接口单元，用于与外部存储介质连接。

41、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，计算模块包括一个或多个现场可编程门阵列fpga，或由一个或多个现场可编程门阵列fpga组成。

42、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，计算模块被配置为一次一个地从主机接收指令。

43、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，计算设备被配置为响应于主机发送的每条指令，向主机发送用于下一指令的程序计数器值。

44、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，计算模块被配置为以完整程序的形式从主机接收指令。

45、优选地，计算模块被配置为经由引导加载程序以完整程序的形式从主机接收指令。引导加载程序通常被理解为启动计算机系统启动过程的专用程序或代码。引导加载程序通常执行诸如硬件初始化、检查系统完整性以及将操作系统加载到存储器中等任务。它确保从硬件断电状态到操作系统可以控制系统资源并管理系统资源的平稳过渡。

46、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，计算模块被配置为具备可重新编程性。

47、优选地，计算设备的计算模块被配置为具备经由引导加载程序和/或专用连接器的可重新编程性。这允许计算模块直接通过主机重写，而不需要外部引导加载程序。

48、附加地或替代地，计算设备的计算模块可以被配置为具备经由专用连接器的可重新编程性。

49、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，计算设备还包括至少一个无线通信模块，用于将数据（例如，由计算模块执行的不确定性跟踪的结果）传输到一个或多个外部实体。

50、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，所述一个或多个外部实体包括工作站和/或云计算引擎。

51、根据本公开的另一独立方面，提供一种用于不确定性跟踪的数据处理系统。所述数据处理系统包括本公开实施例的计算设备和具有接口设备的主机。

52、根据本公开的另一独立方面，提供一种用于不确定性跟踪的计算机实现的方法。该方法包括：在计算设备和主机之间建立数据通信；在计算设备的接口模块处从主机接收输入数据；由计算设备的计算模块处理输入数据中包含的不确定性信息以执行不确定性跟踪；以及输出不确定性跟踪的处理结果。

53、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，计算设备的接口模块可移除地连接到主机的接口设备以实现数据通信。

54、根据本公开的另一独立方面，提供一种计算机程序。该计算机程序具有指令，当程序由计算机执行时，使计算机执行根据本文所述实施例的用于不确定性跟踪的方法。

55、根据本公开的另一独立方面，提供一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质具有指令，当程序由计算机执行时，使计算机执行根据本文所述实施例的用于不确定性跟踪的方法。

56、优选地，所述计算机可读存储介质是非暂时性计算机可读存储（storage）（或存储器（memory））介质。术语“非暂时性计算机可读存储（或存储器）介质”包括但不限于磁或光学介质，例如磁盘、硬盘或dvd/cd-rom，易失性或非易失性介质，例如ram（例如sdram、ddr、rdram、sram等）、rom、闪存等。非暂时性计算机可读存储（或存储器）介质还可以包括其他类型的非暂时性存储器或其组合。

57、根据本公开的另一独立方面，提供一种用于不确定性跟踪的数据处理系统。所述数据处理系统包括一个或多个处理器，被配置为在计算设备和主机之间建立数据通信；从主机接收输入数据；处理输入数据中包含的不确定性信息以执行不确定性跟踪；以及输出不确定性跟踪的处理结果。

58、根据一些实施例，其可以与本文所述的其他实施例组合，计算设备的接口模块可移除地连接到主机的接口设备以实现数据通信。