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Microsoft de las FPGA

Hola otra vez. Yo soy Simón Sánchez y hoy vamos a hablar sobre Microsoft de las FPGA

La HPC y la informática moderna en general tienen una demanda aparentemente insaciable de mayor rendimiento, mejor eficiencia y escalabilidad. Ahora que la informática se expande a prácticamente todas las empresas comerciales y no comerciales, un requisito adicional es aplicar estos atributos a una gama mucho más amplia de aplicaciones.

“Por eso, necesitamos más tipos de procesamiento”, dice Jeff Jussel, vicepresidente de marketing y gerente general para las Américas de Celoxica. “Hay muchas formas en que la industria está abordando este problema: con procesamiento masivo paralelo (MPP) y con todo tipo de diferentes tipos de coprocesadores. En Celoxica, creemos que FPGA representa una gran oportunidad para el coprocesamiento, porque puede proporcionar una paralelización masiva, con los beneficios del hardware personalizado, pero de una manera que es programable «.

Pero hay tres cosas que necesita para que los FPGA realmente despeguen:

  1. Hardware capaz: necesita tener FPGA lo suficientemente potentes para manejar la carga y hacer algo genial. Hoy no es problema. Por ejemplo, incluso los dispositivos Xilinx Virtex 4 (90nm) con tecnología estándar son capaces de ejecutar cargas de trabajo de servicios financieros, petróleo y gas, y espacios científicos con un rendimiento mucho mayor que los procesadores escalares convencionales.
  2. Interconexiones de alto rendimiento: no puede simplemente usar un bus PCI para comunicarse con el procesador para proporcionar el nivel de ancho de banda y latencia necesarios para descargar algo muy interesante. Pero con PCI Express e HyperTransport, ese nivel de rendimiento de interconexión ahora está disponible.
  3. Programabilidad: no puede esperar que los desarrolladores de software de Wall Street comprendan la tecnología RTL (capa de transferencia de registros) para programar el hardware. Deben estar disponibles herramientas de software y plantillas de programación conocidas. Este es el mayor desafío al que se enfrentan las FPGA en la actualidad.

«Aquí es donde entran en juego las herramientas proporcionadas por Celoxica», dice Jussel. “Esta es nuestra misión en la vida: hacer que la programación FPGA sea transparente. Y al hacerlo, permite el uso de FPGA para el mercado de la informática de alto rendimiento «.

Como parte de esta estrategia, esta semana Celoxica anunció un nuevo paquete de diseño de compilador de hardware y software estándar para computación de alto rendimiento utilizando ranuras HyperTransport (HTX). El paquete HTX combina un núcleo de propiedad intelectual (IP) para la conectividad HTX, una tarjeta aceleradora HTX basada en FPGA y un entorno de programación de software. La solución está diseñada para permitir a los usuarios acelerar aplicaciones en sistemas informáticos basados ​​en Opteron con coprocesamiento FPGA y tecnología HyperTransport. El paquete proporciona compiladores que asignan el código C al hardware FPGA, un sistema operativo en tiempo de ejecución (RTOS) para el procesamiento FPGA y hardware FPGA que se conecta a un sistema de servidor host.

El hardware consta de la placa aceleradora RCHTX, que incluye dos dispositivos FPGA Xilinx Virtex 4 (en el futuro admitirá dispositivos Virtex 5 más avanzados), 24 MB de QDR SRAM y un rango de E / S. El coprocesador FPGA principal es un de 16 millones de puertas que está destinado a ejecutar los algoritmos del usuario. La segunda FPGA está configurada como un puente, que contiene un núcleo IP HTX desarrollado por Celoxica. FPGA y el puente IP proporcionan interconexión HyperTransport entre el coprocesador FPGA y el sistema del procesador host y el espacio de memoria.

El componente de software consiste en DK Design Suite, que incluye un compilador C para programar el coprocesador FPGA, un paquete de soporte de tarjeta (BSP) y un controlador de comunicación de datos para la tarjeta RCHTX, una biblioteca básica de punto flotante (simple y doble precisión) y la API del software que proporciona las interfaces.

La idea no es que el usuario transfiera toda la aplicación a FPGA, sino solo los algoritmos de cálculo intensivo que representan cuellos de botella en la carga de trabajo. Por ejemplo, los cálculos de FFT, un algoritmo de Black Scholes o cálculos de migración de ondas se pueden descargar a la FPGA para aprovechar los recursos de hardware en paralelo.

El usuario reemplaza el bucle del algoritmo en la fuente original de FORTRAN o C con una llamada a la API de Celoxica, que llama al código C que se compilará en la FPGA. Jussel dice que el algoritmo original necesita ser «optimizado» de alguna manera para adaptarse al paralelismo, pero intentaron simplificarlo tanto como fuera posible. El compilador FPGA C presenta las piezas de tiempo de ejecución adecuadas para que funcione en su nuevo entorno de hardware. En tiempo de ejecución, la comunicación de datos entre el procesador host y la FPGA se produce a través de la conexión HyperTransport, pero esto es transparente para el usuario.

Jussel señala que el producto anunciado esta semana representa las primeras soluciones FPGA que utilizan la ranura HTX. DRC Computer Corporation tiene una solución algo similar, en la que su FPGA utiliza un zócalo Opteron para conectarse directamente a HyperTransport. Aparentemente, DRC es un socio OEM de Celoxica y usa la misma tecnología que el compilador C.

Los clientes actuales (beta) de Celoxica para la solución HTX se encuentran en los sectores de servicios financieros, petróleo y gas y ciencias de la vida. Con este producto en particular, los usuarios han logrado una mejora de rendimiento de 200 veces para la aplicación (al descargar un algoritmo de Black Scholes a la FPGA).

«Hemos hecho lo suficiente con el sector financiero para saber que la métrica que necesitamos lograr es aproximadamente 10 veces la ventaja de la relación calidad-precio», dice Jussel. “Si alcanzamos ese factor 10 veces mayor, vale la pena invertir en nuevas tecnologías para ellos. Y pudimos mostrar un poco más de 10 veces para todas estas aplicaciones «.

Aunque este producto HTX incluye placa FPGA, el hardware no es el enfoque principal de Celoxica. El verdadero objetivo de la empresa es ser líder en compiladores y soporte en tiempo de ejecución para FPGA. Jussel dice que en comparación con otras compañías de compiladores de FPGA, Celoxica es un poco más grande y está más establecida, ya que ha desarrollado y madurado su tecnología de software durante los últimos 10 años. Proporciona el compilador para el sistema SGI RASC RC100 y los sistemas Cray FPGA, sin mencionar su gran base de clientes en el espacio de computación integrada, que todavía representa la mayoría de sus negocios. Pero debido a que los FPGA tienen este aspecto único de reconfigurabilidad y alto rendimiento, la compañía cree que estos dispositivos se volverán ubicuos en todo el mundo de la informática. Y Celoxica quiere estar presente con su software.

Jussel dice: “Realmente queremos ser el Microsoft de la computación FPGA. Queremos proporcionar los compiladores y RTOS para esa solución. «

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