¿Qué es la aceleración por hardware?

De vez en cuando se anuncian nuevas tecnologías informáticas que incluyen "aceleración de hardware", pero ese término rara vez se explica en esos anuncios. Afortunadamente, es relativamente sencillo de entender. La mayor parte del procesamiento en una computadora tiene lugar en software que se ejecuta en la CPU de propósito general. Sin embargo, es posible crear un procesador separado diseñado específicamente para realizar una pequeña gama de tareas o incluso una sola tarea. La utilización de un procesador independiente como este se denomina aceleración de hardware.

Beneficios e inconvenientes de la aceleración por hardware

La aceleración de hardware viene con dos beneficios de rendimiento principales. En primer lugar, los procesadores diseñados para realizar tipos específicos de lógica son más rápidos y eficientes para realizar una tarea que lo que sería una CPU de propósito general. En segundo lugar, al descargar esa carga de procesamiento, la CPU principal tiene más poder de procesamiento libre para dedicarlo a otras tareas. Otras ventajas incluyen un mayor paralelismo, un menor consumo de energía y una mayor eficiencia.

El uso de procesadores separados dedicados para la aceleración de hardware significa que agregar nuevas funciones o incluso simplemente corregir errores puede ser difícil, si no imposible en algunos casos, sin reemplazar el hardware. También es significativamente más difícil y costoso desarrollar nuevo hardware que desarrollar software.

Tipos de aceleración de hardware

Actualmente existen tres tipos de aceleración de hardware: procesadores especializados, FPGA y ASIC. Un procesador especializado es un procesador independiente que utiliza hardware optimizado para el tipo o tipos de lógica previstos. Un ejemplo popular de procesador especializado es la GPU. Una GPU moderna contiene un conjunto de procesadores diseñados para determinadas tareas, como el sombreado y el trazado de rayos.

Una matriz de puerta programable en campo o FPGA es un procesador que está diseñado para que el cliente pueda configurarlo después de la fabricación. Un FPGA se puede programar para que se adapte a una variedad de funciones lógicas diferentes, dependiendo de la tarea para la que se está diseñando. Como los FPGA son reprogramables, son populares para el desarrollo de procesadores ASIC.

Los ASIC o circuitos integrados específicos de la aplicación son procesadores optimizados específicamente para ejecutar una sola tarea. Con los ASIC, nunca existe la intención de que el procesador se use para otra cosa que no sea exactamente para lo que fue diseñado. A través de esta profundidad de optimización, los ASIC son muy eficientes en el desempeño de su tarea.