GCM × ADRO 統合架構論文
從全域計算意圖到物理資源實體化:GCM 與 ADRO/UHRM 的統一計算架構
English subtitle: From Global Computation Intent to Physical Resource Materialization: A Unified Architecture for GCM and ADRO/UHRM
版本:v0.1
日期:2026-08-30
定位:Integration Hypothesis / Canonical Bridge Architecture
狀態:概念統合完成;不代表兩套 Runtime 已正式合併或 production-integrated
摘要
Global Computation Methodology(GCM)與 AI-Native Dynamic Resource Orchestrator / Unified Heterogeneous Resource Model(ADRO/UHRM)原本從不同問題出發。
GCM 處理的是:
一個計算目標在全域上如何被描述、分解、約束、驗證、路由與配置?
ADRO/UHRM 處理的是:
當一個工作已經被描述後,它在當下可觀測、可授權、可定價、可遷移的 CPU、GPU、NPU、memory、storage、network、DPU、fabric 與 energy 資源上,應如何被實體配置與執行?
兩者因此不是同一層系統,也不應被過早合併成單一 Runtime。然而,它們之間存在天然的上下游關係。
本文提出:
GCM=Global Computation Semantics and Decision Layer
以及:
ADRO/UHRM=Physical Resource Materialization and Orchestration Layer
兩者透過一個 canonical bridge 形成:
GCM Intent→Bridge Contract→ADRO Materialization→Physical Execution→Observed Result→GCM History / Replanning
本文將此統合模型稱為:
Unified Computation Materialization Architecture
簡稱 UCMA。
UCMA 不要求 GCM 與 ADRO 成為同一 repository,也不要求兩者共享內部 state machine。相反地,本文主張應保留兩者的分層自治,只在橋接層交換 canonical、versioned、auditable contracts。
核心不變量為:
Computation Semantics=Physical Resource State
AI Proposal=Authority
Global Feasibility=Current Materializability
Materialization Failure=Computation Invalidity
因此,一個在 GCM 中語義有效的計算,可能因當前資源、budget、policy、data locality 或 hardware availability 而暫時無法 materialize;反過來,ADRO 看見大量可用 GPU,也不代表它有權自行創造新的全域計算目標。
本文提出雙向 bridge contract、狀態映射、錯誤分類、authority invariants 與最小 Integration Adapter MVP,作為兩套系統未來成熟後正式進入更高層 AI-native computation stack 的基礎。
1. 問題的重新定義
傳統計算系統常隱含:
Program→Machine→Result
但 AI-native computation 使這條鏈變得不充分。
因為一個高層目標可能先被 AI 分解成多種可行計算形式:
W={w1,w2,…,wn}
每個工作又具有:
- semantic dependency;
- quality requirement;
- execution authority;
- resource requirement;
- cost constraint;
- data locality;
- alternative computation path。
因此真正完整的鏈條更接近:
Intent→Computation Semantics→Validated Work Graph→Physical Materialization→Execution→Observation→Replanning
GCM 與 ADRO 正好分別覆蓋這條鏈的不同區域。
2. GCM 的層級定位
本文將 GCM 抽象為:
G=(I,W,C,P,A,V,H)
其中:
I=Computation Intent
W=Global Work / Computation Graph
C=Constraints
P=Candidate Computation Paths
A=Allocation / Decision Semantics
V=Validation
H=History / Provenance
GCM 的核心問題不是:
現在 GPU 0 有多少記憶體?
而是:
在既定目標與約束下,哪些計算路徑是合法、可驗證、可組合的?
因此:
GCM operates primarily in the computation-decision space.
3. ADRO/UHRM 的層級定位
ADRO/UHRM 可表示為:
A=(R,GR,W′,K,B,PR,Π,Ω,HR)
其中:
R=Observed Resources
GR=Resource Topology
W′=Materializable Workload Representation
K=Resource Contracts
B=Budget
PR=Resource Policies
Π=Placement / Execution Plans
Ω=Runtime State
HR=Resource History
ADRO 的核心問題是:
在此時此刻的實際 hardware/resource state 下,工作應如何安全 materialize?
因此:
ADRO operates primarily in the machine-resource state space.
4. 兩者不是重複,而是正交
GCM 與 ADRO 同時談:
- allocation;
- constraint;
- planning;
- history。
但這不表示兩者重複。
因為它們的 domain 不同。
GCM 的 allocation:
AG:Computation Requirement→Computation Form / Path
ADRO 的 allocation:
AR:Materializable Work→Physical Resource
因此:
AG=AR
兩者的關係較接近:
AG→AR
5. 核心分工
最簡化可以寫成:
GCM asks: What computation should exist?
ADRO asks: Where and how should it physically run now?
GCM 決定:
- 是否需要計算;
- 哪些計算 path 合法;
- 哪些 dependency 必須滿足;
- 哪些 result 有效;
- 哪些 global constraint 不可違反。
ADRO 決定:
- CPU/GPU/NPU placement;
- memory/storage tier;
- local/cluster/remote;
- budget;
- data movement;
- resize;
- migration;
- resource release。
6. Unified Computation Materialization Architecture
本文提出:
UUCMA=(G,B,A,O)
其中:
- G:GCM;
- B:Bridge;
- A:ADRO/UHRM;
- O:Observation / feedback。
完整流程:
GCM→Bridge→ADRO→PhysicalRuntime→Observation→Bridge→GCM
7. Forward Bridge
GCM 向 ADRO 輸出:
BGA=(intent,work_graph,constraints,authority,quality,deadline,budget,locality,alternatives)
這裡最重要的是:
BGA is declarative, not executable.
也就是 Bridge 不傳:
執行 /bin/foo --bar。
而傳:
需要完成某種 computation,且具有這組 constraints。
8. GCM Intent 到 ADRO TaskDescriptor
映射:
ϕ:BGA→WADRO
例如 GCM 工作:
w1=high-parallel numerical stage
可映射為:
compute_requirement={class:gpu,minimum_capacity:x}
GCM 的:
deadline
直接映射 ADRO:
TaskDescriptor.deadline
GCM 的:
budget
映射:
IntentConstraint.budget
GCM 的:
data_residency
映射:
policy_constraints.data_must_remain_local
9. Authority Bridge
兩邊共同的不變量:
AI Proposal=Authority
因此:
AuthorityADRO⊆AuthorityBridge⊆AuthorityGCM
Bridge 不得擴張 authority。
形式上:
Aout⊆Ain
任何:
Aout⊃Ain
都屬於 contract violation。
10. Budget Bridge
GCM 可能有 global budget:
BG
ADRO 具有 machine / provider cost:
CR
必須:
CR≤BG
若 GCM 工作圖有:
n
個節點,不能把:
BG
複製給每個 node。
因此 Bridge 必須保持:
i∑Ci≤BG
這和 ADRO Phase 9 的 graph-level budget semantics 一致。
11. Quality Bridge
GCM 的 quality requirement:
QG
可對應到 ADRO:
- hardware class;
- deadline;
- precision;
- latency;
- degradation policy。
但 ADRO 不應自行降低:
QG
若資源不足:
Defer / Reject / Request Replanning
而不是:
Silently Degrade
12. Materialization
ADRO 接受 bridge output 後觀察:
R(t)
並求:
πt:W→R(t)
例如:
w1→GPU
w2→CPU
w3→SSD/Memory
此時產生:
Mt=Materialization Plan
13. Global Feasibility 與 Materializability
定義:
FG(W)=Globally Valid Computation
以及:
FR(W,t)=Currently Materializable
可能存在:
FG(W)=true
但:
FR(W,t)=false
例如:
- 沒有足夠 GPU;
- budget 不足;
- cloud forbidden;
- storage unavailable;
- deadline 無法滿足。
因此:
Materialization Failure=Computation Invalidity
ADRO 應把結果回傳 GCM:
\text{REPLAN_REQUIRED}
而不是直接宣告 computation 不成立。
14. Reverse Bridge
ADRO 回傳:
BAG=(status,placement,cost,latency,resource_state,execution_result,failure,history,provenance)
GCM 可以據此:
- 接受結果;
- 更換 computation path;
- 放寬 soft constraint;
- 延後;
- 重新分解工作;
- 終止。
因此:
Execution Feedback Becomes Computation Evidence
15. Feedback Loop
完整閉環:
I0→W0→M0→O0→W1→M1→O1→⋯
其中:
Wt+1=FG(Wt,Ot)
而:
Mt=FA(Wt,Rt)
因此:
GCM updates computation;ADRO updates materialization.
16. History 的雙層分離
GCM History:
HG
主要保存:
- computation decisions;
- semantic validation;
- path selection;
- result provenance。
ADRO History:
HR
主要保存:
- resource state;
- placement;
- completion time;
- cost;
- failures;
- migration;
- learning outcomes。
因此:
HG=HR
但可透過:
BridgeEventID
建立 cross-reference。
17. Learning 的責任邊界
ADRO Phase 7 可以從:
HR
學習 placement。
GCM 未來也可能從:
HG
學習 computation path。
但:
Resource Learning=Computation Learning
ADRO 不應因 GPU 歷史表現很好,就自己發明:
這個問題應該改成另一種 computation。
那是 GCM 層責任。
18. Resize 與 GCM
ADRO 可以:
2GPU→8GPU
但 resize 不改 computation semantics。
因此:
Resource Resize=Computation Rewrite
如果工作需要從:
algorithmA
改:
algorithmB
才能繼續,
則必須回 GCM replanning。
19. Migration 與 GCM
ADRO Phase 6 能處理:
checkpoint→restore→migration
但若:
replay_safety=uncertain
則:
migration=false
GCM 不能因「全域上還需要這個結果」就要求 ADRO blind replay。
因此:
Global Need=Replay Authority
20. Cluster / Fabric 層
GCM 不需要知道:
- Kubernetes ResourceClaim;
- Slurm partition;
- CXL Fabric Manager;
- DPUService CRD。
這些由 ADRO adapter 處理。
因此:
GCM→Vendor API
而是:
GCM→Canonical Bridge→ADRO Adapter→Vendor / Runtime Interface
21. Why Not Merge Repositories Yet
現在不應直接:
RepoGCM+RepoADRO→RepoUnified
原因有四個。
21.1 不同演化速度
GCM 偏 semantic / methodology。
ADRO 偏 resource/runtime。
21.2 不同 validation
GCM 需要 computation correctness。
ADRO 需要 runtime/resource correctness。
21.3 不同 failure domain
GCM path error 與 hardware/resource failure 不同。
21.4 可獨立使用
ADRO 可以不依賴 GCM。
GCM 也可以對其他 runtime backend。
因此:
Integration by Contract>Integration by Codebase Fusion
至少在目前階段如此。
22. Bridge Adapter
最小 adapter:
B=(ϕ,ψ,VB,HB)
其中:
ϕ:GCM→ADRO
ψ:ADRO→GCM
VB=Bridge Validation
HB=Bridge Event History
23. 最小 Forward API
可以先只有:
translate_gcm_workload
輸入:
GCMWorkSpec
輸出:
ADROIntentEnvelope
與:
ADROTaskDescriptors
validate_bridge_contract
檢查:
- authority non-expansion;
- budget preservation;
- deadline;
- quality;
- locality;
- unsupported semantics。
24. 最小 Reverse API
translate_adro_result
輸入:
ADROPlanResult
輸出:
GCMObservation
內容:
- materialized;
- deferred;
- rejected;
- completed;
- failed;
- reconciliation required。
25. Canonical Status Mapping
GCM → ADRO:
| GCM State |
ADRO Meaning |
| COMPUTABLE |
eligible for materialization |
| DEFERRED |
do not materialize yet |
| FORBIDDEN |
reject |
| REPLAN_REQUIRED |
return to GCM |
| VALIDATED |
computation semantics accepted |
ADRO → GCM:
| ADRO State |
GCM Meaning |
| accepted |
materializable |
| deferred |
globally valid but temporarily unavailable |
| rejected |
current contract cannot materialize |
| completed |
execution observation available |
| reconciliation_required |
result/state cannot yet be trusted as final |
26. Error Taxonomy
需要至少區分:
EG=GCM Semantic Error
EB=Bridge Translation Error
ER=Resource Materialization Error
EX=Execution Error
EO=Observation / State Uncertainty
禁止把所有 failure 都回成:
computation failed。
因為:
Failure Classification Determines Replanning Strategy
27. GCM × ADRO Integration MVP
第一版不需要真的整合全部 Phase C / v1.0 ADRO。
只做:
Step 1
定義:
GCMWorkSpec
Step 2
定義:
GCMToADROBridgeContract
Step 3
轉:
GCMWorkSpec→IntentEnvelope
Step 4
呼叫 ADRO:
plan_intent
Step 5
轉:
AdvisoryBundle→GCMObservation
全程:
execute=false
28. Integration MVP 的成功條件
至少驗證:
Case 1
GCM valid + ADRO materializable:
→accepted
Case 2
GCM valid + no resources:
→deferred
Case 3
GCM valid + budget too low:
→rejected/replan
Case 4
GCM forbidden:
ADRO 不應收到 executable workload。
Case 5
Bridge authority expansion:
→FAIL
Case 6
ADRO result state uncertain:
GCM 不得當成 final result。
29. 未來更完整的 Stack
長期可以形成:
Intent Layer
↓
GCM Computation Layer
↓
GCM-ADRO Bridge
↓
ADRO/UHRM Materialization Layer
↓
OS / Cluster / Fabric / Provider
↓
Physical Hardware
30. AI-Native Computation Stack
本文最終提出:
AI-Native Computation=Semantic Computation Reasoning+Deterministic Governance+Physical Resource Materialization+Observed Feedback
缺少任何一層都不完整。
只有 reasoning:
→No Reliable Execution
只有 resource scheduler:
→No Global Computation Semantics
只有 execution:
→No Governance
只有 history:
→No Action
31. 共同不變量
GCM 與 ADRO 最重要的共同結構不是 API,而是不變量。
第一:
AI Proposal=Authority
第二:
Plan=Execution
第三:
Observation=Truth Without Validation
第四:
Capability=Permission
第五:
Failure=Invalidity
這些共同不變量使兩個系統能自然拼接。
32. 更一般的統一命題
若把 computation 表示為:
C
資源表示為:
R(t)
則 AI-native 系統需要建立:
μt:C→R(t)
但:
μt
不能直接由單一 AI model 任意決定。
它必須滿足:
μt∈Feasible(Semantics,Authority,Policy,Budget,Resources)
因此:
AI-Native Computing=Constrained Dynamic Materialization of Valid Computation
33. 與傳統 Compiler / Scheduler 的差異
傳統 compiler:
Program→MachineCode
傳統 scheduler:
Process→CPU
UCMA:
Intent→Validated Computation Graph→Dynamic Heterogeneous Resource Graph→Audited Execution
其變化不只是規模增加,而是:
- computation graph 本身可動態重構;
- resource graph 本身也時變;
- authority/budget 進入 mapping;
- result 回流 computation layer。
34. Why This Matters for AI
AI 特別適合此架構,因為 AI workload 自身就具有:
- dynamic task generation;
- heterogeneous compute;
- large memory demand;
- data locality;
- long-running execution;
- adaptive replanning。
所以:
Static Program+Static Machine
逐漸被:
Dynamic Computation+Dynamic Resource State
取代。
GCM 與 ADRO 分別處理兩個 dynamic axis。
35. Epistemic Status
本文不是證明:
GCM + ADRO 已經形成完整通用 AI 計算平台。
目前最多可主張:
- 兩者抽象層具有清楚可組合關係;
- bridge contract 可以形式化;
- authority invariants 相容;
- ADRO 已具備 materialization runtime 的 reference implementation;
- GCM 已具備 computation orchestration 的工程基礎;
- 真正跨系統 integration 尚需獨立 MVP 驗證。
因此本文狀態為:
Architecture Convergence Hypothesis
而不是:
Production Integration Proof
36. 未來正式合併條件
只有在至少滿足以下條件後,才值得考慮更高程度的 formal integration。
GCM side
- canonical computation contract 穩定;
- allocator / planning semantics 穩定;
- failure classification 穩定;
- history/provenance 穩定。
ADRO side
- resource contract 穩定;
- real provider/runtime adapters 成熟;
- migration/recovery 經實體驗證;
- budget/authority productionized。
Bridge side
- versioned schema;
- property tests;
- replay tests;
- fault-injection;
- cross-runtime provenance。
因此:
Maturity First, Fusion Later
37. 結論
GCM 與 ADRO/UHRM 並不是兩個偶然相似的系統。
它們實際上分別回答 AI-native computation 的兩個不同核心問題:
What computation should exist?
與:
How should that computation physically exist now?
GCM 處理:
Computation Possibility Space
ADRO 處理:
Resource Materialization Space
Bridge 則建立:
Computation↔Physical Reality
的可驗證映射。
因此完整統一架構可以表示為:
Intent→GCM→Bridge→ADRO/UHRM→Physical Execution→Observation→GCM Replanning
本文最終命題為:
AI-native computation is not merely the generation of computation;
it is the governed materialization of valid computation into a changing physical resource world.
GCM 描述「有效計算」。
ADRO 描述「可用物理世界」。
兩者之間的 Bridge,才使 AI 原生計算從:
Reasoning
真正走向:
Reasoning+Materialization+Execution+Feedback
的完整閉環。
現階段最合理的工程策略不是合併兩個 repository,而是先保留:
GCM→ADRO Adapter→ADRO/UHRM
等兩邊都更成熟後,再決定是否在更高層 Runtime、平台或產品中正式合一。