Las FPGAs, del prototipado rápido al corazón de los centros de datos

Andrés Otero, Gradiant | 20 de Octubre de 2014 

Las FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) son dispositivos reconfigurables formados por miles de elementos lógicos, cuya funcionalidad puede ser modificada tantas veces como se desee. Debido a su naturaleza hardware, estos dispositivos son capaces de explotar el paralelismo presente en muchos algoritmos, tal y como sucede con los circuitos integrados de propósito específico, los ASICs. Sin embargo, mientras que éstos ya no pueden ser modificados una vez fabricados, la reconfigurabilidad dota a las FPGAs de una flexibilidad similar a la del software, mientras que su coste de desarrollo también es mucho menor que en el caso de los ASICs. Al principio, las FPGAs fueron empleadas para el prototipado rápido de circuitos integrados. Sin embargo, desde que Xilinx lanzó al mercado la primera FPGA en 1984, su capacidad y eficiencia han ido creciendo exponencialmente. Fruto de esta evolución, los dispositivos actuales son empleados habitualmente en sistemas militares, aeroespaciales, en casi cualquier ámbito de la electrónica profesional e incluso de consumo.

 

En los últimos meses, las mejoras de eficiencia y capacidad de cómputo se han acelerado con la aparición de las últimas generaciones de dispositivos fabricados en tecnologías de 28 y 14 nm. Además, los fabricantes han apostado fuertemente por los lenguajes de síntesis de alto nivel, que acercan más el diseño de sistemas basados en FPGA al desarrollo de software. Como resultado, están apareciendo noticias que nos permiten afirmar que las FGPAs no han cubierto aún todo su camino. En primer lugar, Microsoft ha anunciado que en 2015 procederá a instalar FPGAs en todos los centros de datos donde se da soporte al buscador Bing. Los resultados de un proyecto experimental llevado a cabo en uno de sus centros hablan por sí solos: se obtiene una mejora del 95% en el throughput, incrementando tan sólo un 10% el consumo y un 30% el coste. Además, las mejoras del algoritmo de búsqueda pueden ser trasladadas directamente al servidor igual que si fuese software. En la misma línea, Baidu también ha confirmado que utiliza FPGAs para acelerar la ejecución de redes neuronales profundas dentro de sus servidores, para mejorar las búsquedas de datos, además de otras tareas como el reconocimiento de voz e imágenes. El financiero es otro sector en el que las FPGAs están entrando con fuerza. Recientemente, bancos y fondos de inversión como Deutsche Bank o JP Morgan, han confirmado que han integrado FPGAs en sus centros de datos para acelerar el análisis de riesgos y así ser capaces de reducir la latencia a la hora de emitir órdenes de compra-venta en los mercados. Esta disciplina se denomina negociación de alta frecuencia.
Los fabricantes no permanecen inmóviles ante estos cambios. Así, Altera se ha incorporado recientemente a OpenPOWER, una alianza industrial alrededor de la arquitectura POWER de IBM, con el objetivo de desarrollar soluciones de bajo consumo para computación de altas prestaciones que integren CPUs con aceleradores en FPGAs. A esta alianza pertenecen Google, Nvidia, Samsung o Ubuntu, entre otros.
Dentro de esta invasión de los centros de datos por las FPGAs, el trabajo acumulado en arquitecturas computación en la nube, junto con la experiencia en el prototipado de sistemas de comunicaciones sobre FPGAs, posiciona a Gradiant en el punto adecuado para afrontar los nuevos retos que van a surgir.
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