Che cosè laccelerazione hardware?

Occasionalmente vengono annunciate nuove tecnologie informatiche che prevedono "accelerazione hardware", ma questo termine viene raramente spiegato in tali annunci. In realtà è relativamente semplice da capire per fortuna. La maggior parte dell'elaborazione su un computer avviene nel software in esecuzione sulla CPU generica. È possibile, tuttavia, creare un processore separato progettato specificamente per eseguire una piccola gamma di attività o anche solo una singola attività. L'utilizzo di un processore separato come questo è chiamato accelerazione hardware.

Vantaggi e svantaggi dell'accelerazione hardware

L'accelerazione hardware offre due principali vantaggi in termini di prestazioni. In primo luogo, i processori progettati per eseguire tipi specifici di logica sono più veloci ed efficienti nell'esecuzione di un'attività rispetto a una CPU generica. In secondo luogo, scaricando quel carico di elaborazione, la CPU principale ha più potenza di elaborazione libera da dedicare ad altre attività. Altri vantaggi includono un maggiore parallelismo, un consumo energetico ridotto e una maggiore efficienza.

L'uso di processori separati dedicati per l'accelerazione hardware significa che l'aggiunta di nuove funzionalità o anche solo la correzione di bug può essere difficile, se non impossibile in alcuni casi senza sostituire l'hardware. È anche molto più difficile e costoso sviluppare nuovo hardware che sviluppare software.

Tipi di accelerazione hardware

Attualmente esistono tre tipi di accelerazione hardware: processori specializzati, FPGA e ASIC. Un processore specializzato è un processore separato che utilizza hardware ottimizzato per il tipo o i tipi di logica previsti. Un esempio popolare di processore specializzato è la GPU. Una moderna GPU contiene un insieme di processori progettati per determinate attività come l'ombreggiatura e il ray tracing.

Un Field Programmable Gate Array o FPGA è un processore progettato per essere configurato dal cliente dopo la produzione. Un FPGA può essere programmato per essere adatto a una gamma di diverse funzioni logiche, a seconda del compito per cui è stato progettato. Poiché gli FPGA sono riprogrammabili, sono popolari per lo sviluppo di processori ASIC.

Gli ASIC o circuiti integrati specifici per l'applicazione sono processori ottimizzati specificamente per l'esecuzione di una singola attività. Con gli ASIC non c'è mai l'intenzione di utilizzare il processore per qualcosa di diverso da quello per cui è stato progettato. Grazie a questa profondità di ottimizzazione, gli ASIC sono molto efficienti nello svolgere il loro compito.