Las CPU y las GPU dominan la escena del hardware principal, por lo que a menudo es fácil olvidar que existen otros paradigmas informáticos que se utilizan en aplicaciones más especializadas. Tome FPGA, por ejemplo, abreviatura de matriz de puerta programable en campo.
FPGA frente a ASIC
Las CPU y los ASIC (circuitos integrados específicos de la aplicación) son los dos polos opuestos del espectro informático. Como sugiere el nombre, los ASIC son piezas de silicio cableadas y están diseñadas para ejecutar algoritmos específicos. Esos son los chips más rápidos y eficientes posibles, ya que solo hacen la única cosa para la que fueron fabricados, pero en consecuencia, carecen de la flexibilidad para ejecutar otros algoritmos. Mientras tanto, las CPU se pueden programar libremente para ejecutar cualquier software.
Los FPGA se encuentran entre esos dos extremos. En esencia, los FPGA consisten en millones de los llamados elementos lógicos (LE) o matrices de puertas, que es a lo que se refiere la última parte del nombre FPGA. Un elemento lógico es simplemente una tabla de búsqueda (también conocida como LUT o tabla de verdad) que almacena la salida para todas las combinaciones de entrada posibles. Por ejemplo, una LUT de 2 bits puede tener cuatro entradas distintas: 00, 01, 10 y 11. La tabla de búsqueda le dirá cómo se evalúa una función booleana, como verdadero o falso, para cada una de esas posibles entradas. En pocas palabras, los FPGA buscan la respuesta, en lugar de tener que buscar, decodificar y ejecutar instrucciones como lo haría una CPU de propósito general.
Esos elementos lógicos (también conocidos como conjuntos de puertas) se pueden programar (reconfigurar) en cualquier momento ‘en el campo’, que es de donde proviene la parte del nombre «programable en el campo». Eso significa que los algoritmos se pueden actualizar, o que el FPGA incluso se puede reutilizar rápidamente para aplicaciones completamente diferentes. Esta capacidad de programación también reduce significativamente el tiempo de comercialización en comparación con un ASIC cableado.
En resumen, los FPGA son rápidos y eficientes porque pueden optimizarse para algoritmos y su programabilidad les da mucha flexibilidad. Los FPGA de gama alta contienen millones de los elementos lógicos antes mencionados.
¿Qué utiliza FPGA?
Los FPGA se utilizan para todo tipo de aplicaciones. Eso incluye productos electrónicos de consumo, como teléfonos inteligentes, vehículos autónomos, cámaras y pantallas, procesamiento de video e imágenes y sistemas de seguridad. También se utilizan para muchos usos comerciales, como en servidores y varios mercados verticales, incluso en la industria aeroespacial y de defensa, para electrónica médica y para sistemas monetarios distribuidos.
Otra IP en una FPGA
Además de los LE y los registros (memoria), los FPGA contienen bastantes otros bloques de hardware. Dado que muchas aplicaciones requieren capacidades de procesamiento de números, los FPGA de gama alta son conocidos por su alto rendimiento de enteros y punto flotante al tener miles de DSP (procesadores de señales digitales) que les permiten rivalizar o incluso superar a las GPU en la métrica FLOPS.
Los FPGA no solo procesan datos, sino que también mueven muchos datos, para lo cual contienen transceptores. Los FPGA más capaces de Intel brindan un ancho de banda de 8 Tbps desde 144 transceptores de 58 G conectados a través de la tecnología de empaquetamiento EMIB (puente de interconexión de matriz múltiple incorporado).
Por último, los FPGA también contienen propiedad intelectual dura. Por ejemplo, pueden contener interfaces PCIe o núcleos de cómputo de una CPU Arm.
Este artículo es parte del Glosario de hardware de Tom.
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