Διερεύνηση αξιοποίησης εργαλείων LLM στην αρχιτεκτονική λογισμικού

Abstract

Η συνεισφορά των μεγάλων γλωσσικών μοντέλων (LLMs) σε όλες τις φάσεις του κύκλου ζωής ανάπτυξης λογισμικού έχει αποκτήσει ιδιαίτερη δυναμική με την εισαγωγή ισχυρών LLMs τα τελευταία χρόνια. 􏰅έρα από τη δημιουργία κώδικα, αξίζει να διερευνηθεί εάν η χρήση των LLMs στα πρώιμα στάδια της ανάπτυξης λογισμικού, όπως στη κατανόηση απαιτήσεων και την αρχιτεκτονική, μπορεί να επιταχύνει την ανάπτυξη και να βελτιώσει την ποιότητα των συστημάτων λογισμικού. Στο πλαίσιο αυτό, η συνδρομή της τεχνητής νοημοσύνης στην αρχιτεκτονική λογισμικού θα μπορούσε να παράγει περιγραφές υψηλού επιπέδου ή ακόμα και λεπτομερείς αρχιτεκτονικές περιγραφές, όπως διαγράμματα κλάσεων ή διαγράμματα στοιχείων UML, από κειμενικές απαιτήσεις. Η παρούσα εργασία διερευνά τις δυνατότητες και τους περιορισμούς επιλεγμένων εμπορικών (commercial) και ανοιχτού κώδικα (open-source) LLMs στη δημιουργία διαγραμμάτων κλάσεων που συμμορφώνονται με συγκεκριμένα αρχιτεκτονικά πρότυπα, όπως τα Client-Server, Three- Tier και Model-View-Controller. 􏰄έσω συστηματικού σχεδιασμού και αξιολόγησης 480 σεναρίων, εκτιμάται ο τρόπος με τον οποίο παράγοντες όπως η περιγραφή των λειτουργικών και μη λειτουργικών απαιτήσεων, τα υλικά και οι διαδικασίες RAG (Retrieval-Augmented Generation), τα μοντέλα ενσωμάτωσης (embedding models) και η επιλογή συγκεκριμένων LLMs – από μικρότερα μοντέλα έως μεγαλύτερα, πιο εξελιγμένα μοντέλα – επηρεάζουν την ποιότητα των παραγόμενων διαγραμμάτων κλάσεων UML που περιγράφουν την αρχιτεκτονική λογισμικού για μια μικρής κλίμακας εφαρμογή. Η μελέτη μας παρουσιάζει επίσης ένα προσαρμοσμένο εργαλείο για τη διαχείριση, την αξιολόγηση και την ανάλυση των παραγόμενων διαγραμμάτων κλάσεων, διευκολύνοντας την αξιολόγηση τόσο από ανθρώπινους εμπειρογνώμονες όσο και από συστήματα τεχνητής νοημοσύνης. Τα αποτελέσματα αυτής της εργασίας αποκαλύπτουν ένα ευρύ φάσμα αποτελεσμάτων, από καλά δομημένα διαγράμματα που ευθυγραμμίζονται με τις απαιτήσεις λογισμικού και τις ζητούμενες αρχιτεκτονικές αρχές, έως ελλιπείς ή λανθασμένες εξόδους που επηρεάζονται από τους περιορισμούς των μοντέλων, τις προκλήσεις του RAG και άλλους παράγοντες που σχετίζονται με το εγγενές φάσμα ερμηνειών του υλικού που χρησιμοποιείται για την εκπαίδευση των LLMs. Αυτή η έρευνα αποτελεί ένα πρώτο βήμα στη διερεύνηση των δυνατοτήτων των LLMs για δημιουργική εργασία στον κύκλο ζωής του λογισμικού και, ειδικότερα, στον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό. Εξετάζουμε επίσης πως τα τοπικά μοντέλα LLMs μπορούν να καθοδηγηθούν ώστε να παράγουν αρχιτεκτονικές που εφαρμόζουν τις αρχές που απαιτούνται από κάθε πλαίσιο ανάπτυξης, χωρίς να εκθέτουν πληροφορίες σε δημόσιες εμπορικές υπηρεσίες, υποστηρίζοντας την ασφαλή και αποτελεσματική αυτοματοποίηση στην ανάπτυξη λογισμικού.