come WebAssembly sta cambiando il calcolo scientifico

2 mesi ago

WebAssembly: Una Rivoluzione nel Calcolo Scientifico

Alla fine del 2021, il professore George Stagg si trovò ad affrontare sfide tecniche durante gli esami universitari. La soluzione? Utilizzare WebAssembly per eseguire codice direttamente nei browser degli studenti, superando così problemi di accessibilità e performance.

WebAssembly permette di eseguire codice scritto in diversi linguaggi all’interno dei browser, eliminando la dipendenza da server esterni. Questa tecnologia, supportata da tutti i browser moderni, offre una soluzione versatile per il calcolo scientifico, consentendo agli scienziati di eseguire codice senza installazioni complesse.

Applicazioni Pratiche di WebAssembly

WebAssembly consente agli sviluppatori di utilizzare codice già ottimizzato evitando il bisogno di riscriverlo in JavaScript. Questa tecnologia supporta applicazioni complesse come Google Earth, Adobe Photoshop e Figma, offrendo un’esperienza utente uniforme su diverse piattaforme.

Uno studente universitario, Daniel Ji, ha sfruttato WebAssembly per creare interfacce browser adatte all’analisi epidemiologica su vari dispositivi, dimostrando la versatilità e l’accessibilità di questa tecnologia. L’uso di WebAssembly consente di eseguire analisi complesse su dispositivi a basso consumo energetico.

Riutilizzabilità e Sfide

Sebbene potente, il processo di porting di un’applicazione su WebAssembly può essere complesso e richiedere sperimentazione. Questa tecnologia, sebbene adatta a molte applicazioni scientifiche, richiede una curva di apprendimento e una valutazione attenta della sua idoneità per specifici casi d’uso. Tuttavia, le sue potenzialità nel rendere il calcolo scientifico accessibile e performante sono innegabili.

## Il potenziale di WebAssembly nell’ambito della bioinformatica

Nel 2017 è stata sviluppata una soluzione per il controllo di qualità dei dati grezzi di sequenziamento del DNA. Gli algoritmi da utilizzare sono stati integrati in un’applicazione scritta in JavaScript da Aboukhalil, con una successiva ottimizzazione delle prestazioni tramite l’utilizzo di WebAssembly.

## Vantaggi e strumenti per l’integrazione di codice in WebAssembly

Il codice C e C++ può essere facilmente convertito in WebAssembly sfruttando strumenti come Emscripten. I programmatori Rust possono invece fare uso di ‘wasm-pack’ per la trasformazione del proprio codice. Per Python e R, esistono alternative come Pyodide e webR che permettono l’esecuzione di scripting in WebAssembly.

## I notebook computazionali e WebAssembly

WebAssembly trova applicazione anche nei notebook computazionali come Quarto e Observable, consentendo l’esecuzione di codice Python, R e JavaScript. Strumenti come JupyterLite sfruttano inoltre WebAssembly per offrire un ambiente computazionale avanzato.

## Sfide e complessità legate all’uso di WebAssembly

La conversione di software scientifico in WebAssembly comporta sfide legate alla limitazione di accesso alla memoria e alla mancanza di multithreading. Il trasferimento di librerie software interconnesse rappresenta un’ulteriore difficoltà, come evidenziato dal lavoro di ingegneri informatici come Jeroen Ooms.

## Complessità nello sviluppo web e gestione dei dati

Gli sviluppatori nel campo della bioinformatica devono affrontare problemi come la mancanza di familiarità con il linguaggio JavaScript e la gestione dei dati tra sistemi. Queste competenze aggiuntive sono spesso necessarie per creare un ambiente web interattivo e efficiente per gli strumenti bioinformatici.

Con l’integrazione sempre più diffusa di WebAssembly in ambiti come la bioinformatica e la scienza dei dati, il superamento di queste sfide diventerà cruciale per sfruttarne appieno il potenziale e migliorare l’efficienza e le prestazioni delle applicazioni computazionali.

WebAssembly: una tecnologia in crescita

WebAssembly viene utilizzato per creare strumenti semplici o parti complesse di applicazioni Web. Ad esempio, il bioinformatico Luiz Irber ha creato Branchwater, uno strumento che converte dati di sequenza in hash per la ricerca di DNA microbico.

Affatto è un’altra piattaforma sviluppata con WebAssembly da Aaron Lun e Jayaram Kancherla di Genentech per l’analisi di dati di sequenziamento dell’RNA di singole cellule. L’obiettivo è facilitare l’accesso e l’interpretazione dei dati senza la necessità di un bioinformatico.

Il passaggio al WebAssembly è stato una sfida per Lun e Kancherla, ma ha permesso di rendere accessibile la piattaforma a oltre 200 utenti al mese, dimostrando il valore della tecnologia.

Implementazioni avanzate con WebGPU

Gli sviluppatori che necessitano di maggiore potenza di calcolo possono sfruttare WebGPU per accedere alle schede grafiche degli utenti. Questo ha permesso a team come quello di Will Usher di implementare algoritmi complessi di visualizzazione dati come “Marching Cubes” direttamente nel browser.

Altre implementazioni di successo includono uno strumento di visualizzazione dei dati microscopici sviluppato da Johanna Beyer dell’Università di Harvard e Bonito, uno strumento di identificazione delle basi creato da Oxford Nanopore Technologies. Queste applicazioni dimostrano il potenziale di WebAssembly per progetti di ricerca e sviluppo avanzati.

Sfide e vantaggi del passaggio a WebAssembly

Sebbene il passaggio a WebAssembly possa richiedere tempo e sforzo, come sottolineato da Chris Seymour di Oxford Nanopore, i vantaggi in termini di accessibilità e flessibilità degli strumenti sono evidenti. La capacità di eseguire calcoli complessi direttamente nel browser apre nuove possibilità per i ricercatori e gli sviluppatori.

Biologia computazionale e bioinformatica all’avanguardia grazie a WebAssembly

WebAssembly sta rivoluzionando la biologia computazionale e la bioinformatica. Questa tecnologia consente agli utenti di esplorare software e dati senza alcuno sforzo di installazione, eliminando così le barriere di accesso per molti.

Zero installazioni, massima comodità

WebAssembly rappresenta una soluzione “a installazione zero”, consentendo agli utenti di premere semplicemente un URL per avviare l’applicazione. Ciò elimina i problemi di privacy derivanti dal trasferimento dei dati a server esterni e garantisce che l’ambiente di esecuzione isolato nel browser non danneggi il sistema dell’utente.

Applicazioni didattiche e condivisione semplificata

Questa tecnologia ha permesso lo sviluppo di applicazioni didattiche innovative, come il progetto di tutorial su sandbox.bio creato da Aboukhalil. Inoltre, aziende come Eli Lilly stanno sfruttando WebAssembly per semplificare la condivisione di dati complessi con enti come la FDA, riducendo notevolmente i tempi e gli sforzi necessari.

Superando le barriere tra bioinformatici e informatici

Secondo Niema, WebAssembly “colma il divario tra bioinformatici e informatici”, consentendo una comunicazione più fluida tra i due settori. Tuttavia, non mancano le sfide, poiché la tecnologia è ancora di nicchia e richiede un’attenta valutazione dei casi d’uso appropriati.

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