Supercomputadores híbridos: procesadores ARM vs. los tradicionales x86

Publicado en Ciencia y Tecnología, Noticias,


Tweet about this on TwitterShare on Google+9Share on Facebook0Share on LinkedIn0

La arquitectura ARM no es exactamente una novedad, sino todo lo contrario. Creada en 1983, Ella está a punto de completar tres décadas de existencia y ve ahora sus posibilidades ampliadas. Desarrollada por la compañía inglesa Acorn Computer Limited, fue en la época el primer procesador RISC creado para uso comercial.

En la arquitectura computacional, RISC (Reduced Instruction Set Computer) es un tipo de microprocesador con las siguientes características fundamentales:

  • Instrucciones de tamaño fijo y presentadas en un reducido número de formatos
  • Sólo las instrucciones de carga y almacenamiento acceden a la memoria de datos

Además estos procesadores suelen disponer de muchos registros de propósito general.

El objetivo de diseñar máquinas con esta arquitectura es posibilitar la segmentación y el paralelismo en la ejecución de instrucciones y reducir los accesos a memoria. Las máquinas RISC protagonizan la tendencia actual de construcción de microprocesadores. PowerPC, DEC Alpha, MIPS, ARM, … son ejemplos de algunos de ellos.

Es hora de entender la razón por la que los procesadores ARM pueden representar un cambio en el mundo tecnológico.

ARM vs. X86

El tipo de procesador más comúnmente utilizado en equipos de escritorio, es el x86; éste está basado en la arquitectura CISC (Complex instruction set computing) con soporte para instrucciones complejas, simultaneas y de ejecución más lenta, pero que resultaban en códigos menores, por la simplificación de la estructura de programación recurrente y menos entradas y salidas (disminuyendo así la necesidad de usar más memoria).

Los RISC, por otro lado, se preocupan en la simplificación de esas instrucciones, con la intención de alcanzar la máxima eficiencia por ciclo (pudiendo realizar tareas menores con procesos más cortos) y una mayor organización de las operaciones dentro del núcleo de procesamiento.

Los procesadores ARM representan hoy la mayoría absoluta en equipamientos portátiles. iPhone, Palm Pre, Calculadoras, Smartphones e incluso algunas laptops utilizan esa tecnología para las operaciones de procesamiento.

En el mercado de computadoras, sin embargo, todavía persiste la arquitectura x86 con las extensiones x64, principalmente por razones de compatibilidad de programas. La cuestión es que el código de las dos, es binariamente incompatible, lo que hace inviable la ejecución de Windows 7 en el ARM, por ejemplo, a pesar de que programas de menor porte puedan ser adaptados.

La arquitectura x86 puede ser considerada como de alta complejidad, por presentar diversas fases de procesamiento de datos (como la carga de informaciones, la decodificación, la asignación de memoria, entre otros) y tener microcodes, responsables por la interpretación de las instrucciones, transformándolas en procesos físicos.

Como resultado de ese conjunto mencionado anteriormente, lo que se obtiene es el alto desempeño, pero que desafortunadamente viene acompañado de un mayor consumo de energía y también de la necesidad de más espacio físico, tornándolos completamente incompatibles con la propuesta de dispositivos portátiles.

Por eso, la industria en la mayoría de las veces prefiere privarse de la potencia y desempeño en busca de portabilidad y de una mayor eficiencia de los dispositivos, características que la arquitectura ARM es capaz de proporcionar con mejores resultados. Es por eso, que recursos como multitarea, demoraron un poco más en aparecer en los smartphones, así como la evolución gráfica de los juegos también es inferior a los que los desktops y notebooks son capaces de exhibir.

Después de décadas de investigación e inversiones, las técnicas ARM finalmente están despertando el interés de las gigantes de las computadoras (es el caso de Microsoft). Con la alta eficiencia de la arquitectura sumada a la libertad propiciada por los equipos de mayor porte, lo que surgirá será un procesador verdaderamente potente, quien sabe incluso hasta con un costo menor.

Project Denver, de NVIDIA, también trae consigo un procesador gráfico dedicado, eliminando parte de la complejidad de hardware (por ser eliminados chipsets, puertas y otros controladores externos (y abriendo espacio para operaciones más rápidas, generadas en un único local.

En términos prácticos, veremos computadoras extremamente veloces (que pueden si, ser amparados por otros núcleos externos, como las actuales tarjetas de video dedicadas), mientras que fabricantes de laptops y netbooks encontrarán la herramienta perfecta para crear productos más leves, finos y portátiles, con una mayor duración de la batería, algo que se aplica también al mercado de celulares.

Vale recordar que NVIDIA es apenas una de las empresas que está al frente del concepto de superpones. Grandes corporaciones como Samsung y Qualcomm también ya poseen productos en el mercado compatible con esa estructura de procesamiento.

¿ARM puede aniquilar al x86?

En el mundo de la tecnología es muy complicado hacer cualquier afirmación definitiva en ese sentido. Sin embargo, analizando apenas la teoría, la respuesta para esa pregunta es si. Pero si eso ocurre, probablemente no será en los próximos cinco años, ya que mucho de ese esfuerzo dependerá de la propia industria.

Los primeros modelos de smartphones a llegar al mercado, utilizarán Android como sistema operativo. Sin embargo, para que la adopción sea completa y las posibilidades sean mayores, lo natural sería utilizar los mismos sistemas operativos de los desktops en los smartphones. Los ejemplos son diversos, tales como Linux y Windows CE, pero ninguno representa en éxito comercial.

Es justamente en la cuestión de éxito y apelo de público Microsoft. Causó sorpresa al público del CES el hecho de que NVIDIA anunciara que la empresa ya está desarrollando un sistema operativo capaz de ser ejecutado en la arquitectura ARM. La novedad debe llegar al mercado en 2012.

¿Cuál sería ese sistema? Probablemente Windows 8. La utilización de una nueva arquitectura justificaría el hecho de que el intervalo entre el lanzamiento de Windows 7 y la próxima versión del sistema operativo de Microsoft serán tan cortos. De esa forma, las computadoras y celulares podrían funcionar con el mismo sistema operativo, en un corto espacio de tiempo y con un gran volumen de usuarios adoptándolo inmediatamente.

Hoy día tanto Android como Chrome OS ya son capaces de funcionar sobre la arquitectura ARM.

Primer supercomputador híbrido con procesadores ARM se construirá en Barcelona

Hace un par de semanas supimos que HP iba a trabajar con procesadores ARM para integrarlos en sus servidores, la verdad es que la noticia sorprendía, y mucho, por el cambio de arquitectura en unos dispositivos que tienden a ser bastante estables (y que no suelen ser propensos a la realización de cambios radicales). La llegada de ARM a HP venía motivada, principalmente, por la reducción del consumo y aunque el proyecto aún está en fase temprana, y más cercano a un experimento que a un producto comercial, el cambio supone todo un espaldarazo para un ARM que parecía anclado al mundo de la movilidad (donde es líder indiscutible). Y si HP parecía el único que iba a abrirle las puertas de los centros de datos a la arquitectura ARM, NVIDIA acaba de hacer un anuncio muy importante: el Centro de Supercomputación de Barcelona construirá un nuevo supercomputador híbrido que utilizará CPUs ARM de bajo consumo junto a GPUs de alto rendimiento.

Si la construcción de supercomputadores es algo fascinante, que se vaya a construir un supercomputador usando procesadores ARM combinados con procesadores gráficos es una noticia apasionante, tecnológicamente hablando. La idea es combinar procesadores de bajo consmo NVIDIA Tegra (arquitectura ARM) con los procesadores gráficos (GPUs) NVIDIA CUDA para obtener un supercomputador que, a corto plazo, sea de 2 a 5 veces más eficiente desde el punto de vista energético que los más eficientes desplegados en la actualidad.

El proyecto, de nombre Mont Blanc, quiere llegar a una arquitectura que sea escalable y que, con el tiempo, consuma entre 15 y 30 veces menos potencia que los supercomputadores actuales gracias a la integración de componentes que estaban vinculados al mundo de los dispositivos móviles y que, por tanto, fueron diseñados bajo la premisa de un bajo consumo.

El proyecto está dotado de un presupuesto de 14 millones de euros procedentes de fondos de la Comisión Europea (unos 19 millones de dólares) y, la verdad, es que el proyecto podría llegar a sus objetivos porque el Centro de Supercomputación de Barcelona ya desarrolló un prototipo de supercomputador utilizando 256 procesadores Tegra 2, si bien se dice que para este nuevo reto tendrían la intención de integrar 1.000 procesadores Tegra 3 que serán acelerados por las GPUs NVIDIA CUDA que actuarán como coprocesadores.

¿La reducción del consumo eléctrico de los centros de datos pasará por un cambio en la arquitectura de los servidores? ¿La solución está en los dispositivos móviles? Son dos grandes preguntas que tendrán respuesta en los próximos años con el desarrollo de los primeros servidores basados en arquitectura ARM y que, desde luego, podría ser todo un acontecimiento.

Fuentes consultadas: ¿Por qué los procesadores ARM pueden cambiar el rumbo de los dispositivos electrónicos? | Wikipedia | Supercomputador híbrido

Supercomputadores híbridos: procesadores ARM vs. los tradicionales x86
5 (100%) 1 voto

Etiquetas: , , , ,


Deja un comentario

Cuanto es 14 + 14 ?
Please leave these two fields as-is:
IMPORTANTE! Necesitas resolver la operación matemática para poder continuar.

Newsletter

Redes sociales

Centro de soporte

Centro de recursos