madri+d | Lunes 23 de noviembre de 2009
El Grupo de Arquitecturas de Altas Prestaciones (GAAP) de la Universidad Rey Juan Carlos (URJC), ayuda con una nueva métrica a tomar con más seguridad decisiones de diseño importantes antes de la implementación final del sistema que al mismo tiempo es independiente de la aplicación y de la plataforma.
Debido al incremento de la complejidad y a la gran heterogeneidad de las actuales arquitecturas informáticas implementadas sobre FPGAs (dispositivos compuestos por bloques lógicos como puertas, registros o memorias, que son programables), los diseñadores necesitan nuevas métricas de rendimiento y procedimientos de análisis para detectar posibles cuellos de botella y optimizar sus diseños.
Lo deseable sería que la cuantificación del rendimiento pudiera hacerse antes de realizar el diseño definitivo. Las soluciones tradicionales para evaluar sistemas hardware, no funcionan a la hora de identificar estos cuellos de botella y de realizar optimizaciones antes de implementar los diseños definitivos en el caso de los recientes sistemas y redes on chip, complejos sistemas multiprocesador implementados en una única FPGA.
Por lo tanto, las métricas de alto nivel (como la eficiencia, la escalabilidad o la robustez) que se han utilizado en multiprocesadores y redes tradicionales son necesarias para guiar al diseñador o a al usuario en sus decisiones de diseño sobre FPGAs. La métrica de escalabilidad propuesta, así como el procedimiento para su análisis ayudará, por ejemplo, a decidir las dimensiones óptimas del sistema (número de unidades de proceso, número de controladores de memoria o número de enrutadores en la red), la topología de la red o el mejor modelo de memoria.
Estos resultados, presentados en la 23ª Edición del Congreso Internacional sobre Redes de Información Avanzadas y Aplicaciones de IEEE, AINA 2009, celebrado recientemente en la Universidad de Bradford, Reino Unido, se presentan junto con la descripción del sistema HIPAOC (High Performance Architecture On Chip), una arquitectura general y de altas prestaciones reconfigurable implementada en una FPGA. Se trata de un diseño independiente de aplicación y plataforma cuya arquitectura puede adoptar los dos modelos de memoria más usados (memoria compartida o multiprocesador y memoria distribuida o cluster), y que incluye una red on chip para validar las soluciones propuestas.
Los investigadores que se encuentran detrás de este trabajo son Antonio Guzmán, Fernando Sevillano y Marta Beltrán, quien apunta que la nueva métrica de escalabilidad propuesta es “un instrumento que proporciona la ventaja de saber de antemano, cómo de bueno es tu sistema y cómo de bien lo estás utilizando”. La nueva métrica de escalabilidad permite tomar decisiones en las etapas tempranas de diseño del sistema, y una vez terminado el diseño, permite cuantificar si va a ser fácil o no aumentar su rendimiento, en el caso que se presenten tareas más complicadas de resolver, y que, por lo tanto, necesitarán mayores prestaciones.
Las Arquitecturas de Altas Prestaciones sirven para proporcionar un alto rendimiento a las aplicaciones informáticas más complicadas. En GAAP estudian cuáles son las plataformas más convenientes para optimizar las diferentes aplicaciones y proponen mecanismos, metodologías, herramientas y métricas para facilitar esta optimización.
Dentro del estudio de las Arquitecturas de Altas Prestaciones, GAAP ha conseguido numerosos avances. Además de la definición de métricas de rendimiento (ganancia, eficiencia, coste, escalabilidad, robustez) y del diseño de arquitecturas híbridas (HIPAOC: High Performance Architecture On Chip), existen otros campos abiertos como la evaluación y predicción de rendimiento (permite conocer lo qué ocurre dentro de cada componente del sistema y predecir lo que ocurrirá en el futuro) o el equilibrio de carga y planificación (que ayuda a distribuir el trabajo entre los distintos componentes de las arquitecturas de la manera más eficiente).
Algunos ejemplos de aplicaciones que requieren soluciones de altas prestaciones con los que este grupo trabaja en la actualidad son: aplicaciones de cómputo intensivo, gráficos y realidad virtual, informática industrial o defensa y seguridad.