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AMD: ¿la revolución de la integración?

Hola otra vez. Yo soy Simón Sánchez y esta vez te voy a contar sobre AMD: ¿la revolución de la integración?

Por Nebojsa Novakovic

El potencial y los desafíos de la computación multinúcleo

En los últimos años, los diseñadores de microprocesadores han comenzado a abordar las limitaciones de la arquitectura de un solo núcleo. Así que cambiaron a proyectos de múltiples núcleos energéticamente eficientes. Ahora se enfrentan a las limitaciones de este formato, ya que la programación de procesadores de múltiples núcleos se vuelve cada vez más compleja. Un camino a seguir es combinar sinérgicamente el potencial de las unidades de CPU y GPU. Pero la integración de dos unidades de procesamiento de ultra alta potencia con requisitos de ancho de banda y rendimiento ligeramente diferentes puede plantear desafíos interesantes para la arquitectura general del sistema.

AMD propone resolver estos problemas con una combinación de soluciones de hardware y herramientas de programación a nivel de sistema, marcando el comienzo de una nueva era de lo que se conoce como procesamiento heterogéneo.

La promesa de la arquitectura de sistemas heterogéneos (HSA)

Si bien se ha reconocido desde hace mucho tiempo que las GPU se pueden utilizar para realizar el procesamiento en paralelo, la tarea del programador era difícil, si no extraordinaria. Aquí es donde entra en juego la arquitectura de sistemas heterogéneos (HSA) de AMD. HSA permite una nueva forma de programar aplicaciones utilizando la GPU, lo que puede facilitar las cosas a los programadores tradicionales. La HSA de AMD es un enfoque de ventanilla única, que permite a los programadores tradicionales escribir código de procesamiento paralelo tan fácilmente para la GPU como para la CPU. Y en algunos casos, el código puede ejecutarse en la CPU o GPU, dependiendo de los recursos del sistema.

Una forma en que la HSA puede ayudar a resolver el problema es proporcionar un espacio de direcciones unificado para la CPU y la GPU. Con HSA, las GPU admiten las mismas tablas de páginas que utilizan las CPU x86 para asignar páginas de memoria de programa a la memoria física. Las GPU ahora pueden usar un mapa de memoria mucho más grande y, lo que es más importante, un puntero suele ser el mismo para el código que se ejecuta en la CPU que para el código que se ejecuta en la GPU. Este último permite que exista una copia de los datos en la memoria y tanto la CPU como la GPU pueden actuar sobre ella. El programador no tiene que administrar dos o más copias de los mismos datos. Este diseño también ayuda a mejorar el rendimiento porque ya no necesita hacer copias y mantenerlas sincronizadas.

AMD propone una arquitectura de plataforma abierta para HSA con especificaciones publicadas. La HSA tendrá una ISA virtual conocida como Lenguaje Intermedio HSA (HSAIL), un modelo de memoria y una especificación del sistema. AMD está trabajando con empresas de hardware, sistemas operativos, herramientas y aplicaciones para formar una base HSA para impulsar el desarrollo de la arquitectura en el futuro.

Entre los programadores con los que hablo, hay mucha emoción por poder lograr ese enorme potencial de rendimiento sin explotar de las GPU a través de HSA de una manera simple y transparente, lo cual era difícil, si no imposible, hasta ahora.

Combinación de CPU y GPU: dando vida a la APU

Una fusión de hardware de CPU y GPU, las unidades de procesamiento acelerado (APU) de AMD proporcionan una integración simplificada a nivel de hardware de estas dos unidades de procesamiento. En el momento de la cumbre de desarrolladores AMD Fusion12 (11-14 de junio de 2012), AMD habrá introducido «Trinity», una APU de segunda generación, en el mercado, junto con los dos productos AMD A-Series y AMD C y E-APU de la primera generación. serie anteriormente denominada «Llano» y «Brazos».

La APU AMD C y E Series basada en «Brazos» combina una CPU de doble núcleo de potencia ultrabaja con una GPU AMD Radeon ™ de nivel de entrada. Las variantes de estas APU están diseñadas para tabletas, computadoras portátiles sin ventilador, computadoras portátiles de nivel de entrada y computadoras de escritorio de nivel de entrada. La APU AMD serie A basada en «Llano» combina dos o cuatro núcleos de CPU «Husky» con una GPU discreta AMD Radeon ™ HD 6500 de rango medio. Los núcleos Husky son la próxima generación de núcleos en la popular serie de procesadores AMD Phenom ™ de CPU AMD. Las variantes de la serie A de AMD basadas en «Trinity» se dirigen a portátiles y equipos de escritorio tradicionales con un buen rendimiento de CPU y capacidades de video y gráficos integrados líderes en la industria.

Las tres familias de APU de AMD se benefician de la velocidad de comunicación significativamente mayor entre la CPU y la GPU. Se ha mejorado tanto el ancho de banda como la latencia de la respuesta. Todos ellos admiten memoria DDR3, gráficos DirectX 11 y tienen hardware dedicado para la reproducción de video. AMD C y E-Series tienen un solo canal de memoria, mientras que AMD A-Series para Llano y Trinity tienen soporte de doble canal de memoria. Para manejar completamente los requisitos de ancho de banda de memoria de las GPU de la serie A más grandes de Llano y Trinity, se admiten velocidades de memoria DDR3 de hasta 1600 y 1866, respectivamente.

El impacto de la APU en el diseño del sistema: tarjeta, memoria, gráficos y factor de forma

Para una solución de PC convencional, la APU le permite instalar un sistema de juegos 3D DirectX 11 de cuatro núcleos con todas las características familiares en un factor de forma más pequeño que un Mini-ITX. Incluso si se agregan ranuras de expansión PCIe®, todavía hay mucho espacio para una solución de formato Mini-ITX; También debería ser posible un factor de forma Pico-ITX.

Esto abre una opción de diseño: una opción es ceñirse a las especificaciones predeterminadas. El resultado será más pequeño que la mayoría de los decodificadores de TV actuales con casi cero ruido. La otra opción es ceñirse al formato Mini-ITX, pero proporcionar mejoras de rendimiento mediante el uso de una mejor solución de enfriamiento (para permitir el overclocking), la adición de opciones de memoria más rápidas y la adición de Gráficos duales AMD Radeon ™.

Ha habido numerosas revisiones de sitios web Online de las plataformas de escritorio APU de primera generación que analizan las diversas opciones de memoria. Según el rendimiento actual del producto y el retorno de la inversión en velocidad de memoria, los DIMM CL9 DDR3-1866 son la mejor opción de memoria que ofrece un rendimiento excepcional por dólar. Para la APU de segunda generación, una memoria DDR3-2133 CL10 o mejor debería lograr un buen equilibrio.

En resumen, la integración de AMD APU, el rendimiento equilibrado, la capacidad de expansión y el consumo de energía permiten nuevos factores de forma ultracompactos para sistemas completos. Los ahorros en el consumo de energía que pueden resultar de ejecutar un teraflop de rendimiento con menos de 100 W de potencia pueden permitir muchas más máquinas de gama alta «ecológicas», hasta la gama de supercomputadoras.

El impacto de la APU en el espacio de las tabletas y netbooks

La versión de menor potencia de la APU AMD E-Series es adecuada para una tableta x86, que puede ejecutar Windows 8 y evitar la dependencia de tiendas de aplicaciones y recursos tan centralizados. La CPU adicional y la potencia de gráficos de la APU permiten nuevos factores de forma productivos para tabletas. ¿Qué tal una tableta Full HD + de 11 «o 12» con una pantalla de 16:10, 1920 × 1200 o incluso 3: 2, 1920 × 1280? No solo son mucho más productivas que las pantallas de cine 16: 9, sino que, orientadas en modo vertical, pueden emular una página impresa. Las futuras versiones ultradelgadas de las APU AMD de cuatro núcleos en los procesos más recientes están diseñadas para permitir tabletas 3D de resolución ultra alta que también pueden reemplazar una PC adecuada.

Yendo más allá de la APU

Una potente GPU estrechamente vinculada a la CPU no solo beneficia a las aplicaciones de gráficos 3D, sino también a las aplicaciones con intensa computación paralela. Los ejemplos incluyen el cálculo ultrarrápido de grandes hojas de cálculo, la manipulación de bases de datos y la creación de medios. A mayor escala, el despliegue de una máquina petaflop impulsada por APU podría permitir una supercomputación más rentable y un gran análisis de datos para muchos más usuarios. Una supercomputadora basada en APU podría alcanzar su rendimiento de punto flotante a un tercio de la potencia de su CPU habitual basada exclusivamente en x86, una gran ventaja cuando se combina con el software adecuado.

En espera

Los enfoques APU y HSA de AMD son revolucionarios para programadores y usuarios. La arquitectura de AMD cambia no solo la arquitectura del procesador de la PC, sino también el diseño del sistema. Es posible que esto no sea obvio cuando se analizan las APU de primera generación. Sin embargo, a medida que AMD desarrolle aún más las APU, el beneficio será obvio.

El modelo de programación de HSA abrirá nuevos mundos de oportunidades para los programadores, desafiándolos a aprovechar el nuevo potencial de rendimiento. Las interdependencias más complejas y los beneficios de dicha integración también requerirán que los constructores y diseñadores de sistemas presten más atención a maximizar la competitividad de sus sistemas. Con el tiempo, los beneficios de la APU deberían extenderse de arriba hacia abajo, desde la supercomputadora al teléfono inteligente.

Acerca de

¿Listo para aprender más? Fusion12 Developer Summit de AMD reúne a expertos de la industria en el mundo de la computación heterogénea. Celebrado del 11 al 14 de junio de 2012 en Bellevue, Washington, el evento ofrece contenido en profundidad y procesable en diez pistas, que cubre el procesamiento heterogéneo en relación con multimedia, gráficos, computación en la nube, seguridad, big data y más. Ya sea que esté a cargo de la planificación o el desarrollo, encontrará las herramientas, el conocimiento y los recursos que necesita para aprovechar esta nueva era de la informática. Aprender más acerca de amd.com/afds.

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