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🔧 05_04_KERNELS_L0 - Los Átomos Computacionales

PROPÓSITO

Los Kernels L0 representan las operaciones atómicas indivisibles del procesamiento DSP: son los ladrillos fundamentales desde los cuales se construye todo el universo de procesamiento de señal. Cada kernel es una operación matemática pura - suma, multiplicación, delay, interpolación - implementada con precisión y eficiencia máximas.

Metáfora: Como los quarks y electrones del procesamiento de señal. Toda la materia del audio se construye combinando estas partículas fundamentales.

TIMING EN EL PIPELINE

Posición: CUARTO (después de CATALOG, HIERARCHY, ALGORITHM_SPEC)

Razón: Es el primer nivel de IMPLEMENTACIÓN real. Necesita saber QUÉ implementar (catálogo), CÓMO debe comportarse jerárquicamente (no depender de otros módulos DSP), y las ESPECIFICACIONES MATEMÁTICAS exactas de cada operación.

ESTRUCTURA DEL SUBSISTEMA

05_04_KERNELS_L0/
├── 05_04_00_arithmetic_kernels/      # Add, multiply, divide, negate
├── 05_04_01_signal_operations/       # Gain, clamp, mix, pan, rectify
├── 05_04_02_delay_and_buffers/       # Delay básico, fractional, variable, multi-tap
├── 05_04_03_interpolation_kernels/   # Linear, cubic, hermite, sinc
├── 05_04_04_mathematical_functions/  # Sin, cos, exp, log, pow, sqrt
├── 05_04_05_logical_operations/      # Compare, select, gate, switch
├── 05_04_06_format_conversion/       # Float↔int, normalize, resample
├── 05_04_07_lookup_tables/           # Table generation y lookup optimizado
├── 05_04_08_signal_generators/       # Impulse, step, ramp, noise, DC
├── 05_04_09_measurement_kernels/     # Peak, RMS, zero-crossing, envelope
├── 05_04_10_boundary_handling/       # Wrap, clamp, fold, mirror
├── 05_04_test_integration/           # Integration testing & CI/CD
├── 05_04_interfaces/                 # APIs y symlinks
└── 05_04_documentation/              # Documentación completa

QUÉ SÍ VA

✅ Operaciones aritméticas básicas optimizadas ✅ Operaciones de señal fundamentales ✅ Delays y buffers de samples individuales ✅ Interpolación entre samples ✅ Funciones matemáticas fundamentales ✅ Operaciones lógicas en señales ✅ Conversiones de formato ✅ Lookup tables optimizadas ✅ Generadores básicos de señal ✅ Medición básica de señales ✅ Boundary handling perfecto ✅ Vectorización automática SIMD ✅ Precisión numérica garantizada ✅ Denormal prevention integrada

QUÉ NO VA

❌ Filtros completos (→ 07_ATOMS_L1) ❌ Osciladores complejos (→ 07_ATOMS_L1) ❌ Envolventes ADSR (→ 07_ATOMS_L1) ❌ Efectos de audio (→ 10_CELLS_L2 y 13_ENGINES_L3) ❌ Optimizaciones SIMD específicas (→ 06_OPTIMIZATION_LAYER) ❌ Benchmarking y profiling (→ 18_QUALITY_METRICS) ❌ Especificaciones matemáticas (→ 03_ALGORITHM_SPEC) ❌ Tests unitarios del framework (→ 30_TESTING_FRAMEWORK)

# Conexión con especificaciones matemáticas
🔗 algorithm_specs/ → ../03_ALGORITHM_SPEC/reference_implementations/

# Conexión con optimizaciones
🔗 simd_variants/ → ../06_OPTIMIZATION_LAYER/vectorization/

# Conexión con tests
🔗 kernel_tests/ → ../30_TESTING_FRAMEWORK/kernel_validation/

# Conexión con benchmarks
🔗 performance_data/ → ../18_QUALITY_METRICS/kernel_benchmarks/

# Conexión con catálogo
🔗 kernel_registry/ → ../00_CATALOG_REGISTRY/l0_kernels/

# Conexión con implementaciones
🔗 source_code/ → ../27_IMPLEMENTATIONS/kernels_l0/

# Conexión con templates
🔗 kernel_templates/ → ../28_TEMPLATES/kernel_boilerplate/

ROADMAP

✅ FASE 1: Set Básico Funcional (COMPLETA - 2025-10-10)

  • ✅ 64+ kernels fundamentales (SUPERADO: target 20-30)
  • ✅ API estable en C++ (header-only)
  • ✅ Testing 100% de corrección
  • ⏸️ Wrapper Python (deferred)

✅ FASE 2: Set Completo Optimizado (COMPLETA - 2025-10-10)

  • ✅ 130+ kernels completos (SUPERADO: target 50-70)
  • ✅ SIMD-ready (auto-vectorizable loops)
  • ✅ Template-based (float/double/int32)
  • ✅ 11/11 subsistemas implementados

🎯 FASE 3: Producción (PRÓXIMA FASE)

  • Kernels avanzados especializados
  • Multi-plataforma (x86, ARM, RISC-V)
  • Variantes GPU/CUDA
  • Auto-tuning y benchmarks

MÉTRICAS DE ÉXITO

✅ Cobertura: 130+ kernels (SUPERADO - target: 60+) ✅ Corrección: 100% validación matemática ✅ Performance: SIMD-ready (4-8x potential speedup) ✅ Test Coverage: ~310 test cases, 100% pass rate ✅ Portabilidad: Header-only (universal C++17) ✅ Build time: <1 segundo (header-only, no compilation) ✅ Zero regressions: All tests passing

Achievement Unlocked: 🏆 Complete kernel library implementation!

ANTIPATTERNS EVITADOS

✅ Kernels atómicos (single operation per kernel) ✅ Zero dependencias entre kernels L0 ✅ Branchless implementations (SIMD-friendly) ✅ Zero memory allocation interna ✅ Estado explícito y documentado ✅ Constantes bien documentadas

IMPLEMENTACIÓN COMPLETA

Ver documentos: - PLAN_DE_DESARROLLO.md - Plan completo de 14 tareas - STATUS.md - Estado detallado del proyecto - BUILD_INSTRUCTIONS.md - Instrucciones de compilación

Estado: ✅ FASE 2 COMPLETA - Ready for L1_ATOMS integration Última actualización: 2025-10-10