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APU 101: la promesa de la informática heterogénea

Cómo las APUs de AMD logran una arquitectura informática más equilibrada para desbloquear el potencial de la informática heterogénea.

El nacimiento de la era multinúcleo

Estimulada por los avances en la tecnología de semiconductores, la era multinúcleo fue testigo de un auge en la sofisticación y la complejidad de las GPUs a medida que se hacían más y más atractivas para el uso general, como las tareas de programación paralelas de datos.

Los esfuerzos en la década pasada para incorporar GPUs a la informática de uso general, coincidieron con un notable giro en la cultura del consumidor. Hubo un dramático aumento en la disponibilidad y en la calidad del contenido digital, además de un aumento en la demanda de experiencias visuales más intensas como reproducción de vídeo o visualización de contenido de alta definición. Al mismo tiempo, el nacimiento de los sistemas operativos generales compatibles con multitarea avanzada, comenzó a requerir una eficiencia en el procesamiento de nueva magnitud (p.ej. CPUs multinúcleo).

A finales de 2010, casi todos los nuevos ordenadores de sobremesa incorporaban procesadores multinúcleo, con incluso cuatro núcleos en las gamas medias.


Definimos lo que debe ser un gran avance

El procesamiento multinúcleo silencioso presenta nuevos desafíos: la energía que los núcleos adicionales y que la memoria caché necesitan para sus pipelines de instrucciones, supone un coste añadido tanto en el tamaño del procesador como en el consumo energético.

La necesidad de mejorar el rendimiento y las continuas limitaciones energéticas y en la escalabilidad del desarrollo de CPUs multinúcleo, han hecho que los diseñadores de semiconductores, software y sistemas, recurran cada vez más al procesamiento vectorial de las tarjetas gráficas.

Pero el procesamiento vectorial no es siempre la mejor respuesta. Por ejemplo, los pequeños grupos de datos tienen un mayor consumo asociado al establecimiento del procesamiento vectorial, que fácilmente puede descompensar el tiempo ahorrado. Esta es la razón por la que el enfoque escalar usado en la CPU es todavía la mejor opción para ciertos problemas y algoritmos.

De esta manera, seguía presente la tensa relación entre las necesidades de la CPU y las de la GPU, hasta la llegada de la APU, un hito en la historia de la informática heterogénea.


Definición de informática heterogénea

La informática heterogénea hace referencia a los sistemas que utilizan más de un tipo de procesador. Son sistemas multinúcleo que ganan rendimiento no simplemente añadiendo núcleos, sino incorporando capacidades especializadas de procesamiento para manejar ciertas tareas.

En el contexto de la informática heterogénea, una APU es un sistema heterogéneo que incorpora capacidades de gráficas dedicadas capacitadas para DirectX® 11, para el procesamiento gráfico y otras operaciones matemáticas intensas de grandes conjuntos de datos, y así gestionar tareas visuales como generación de imágenes en 3D y otras funciones fijas. La APU continúa utilizando un procesador para ejecutar el sistema operativo y las aplicaciones de productividad más comunes.


Respuesta a las principales limitaciones de la arquitectura de GPU-CPU

Las APUs combinan los núcleos x86 de la CPU de uso general con motores de procesamiento vectorial, aunando un sofisticado procesamiento escalar de la CPU con un procesamiento vectorial paralelo a gran escala, tradicionalmente asociado a las tarjetas gráficas.

En las primeras APUs que AMD presentó, todos los principales elementos del sistema, los núcleos x86, los motores de procesamiento vectorial y UVD para la decodificación de alta definición, estaban conectados directamente al bus (y, por lo tanto, a la memoria), eliminando uno de los principales problemas clásicos de los procesadores gráficos integrados. En lugar de una solución desequilibrada de transferencia de dos chips que reúne una CPU con una GPU de menos capacidad, lo que tiende a acortar la vida de la batería debido a los efectos en la latencia de la memoria y el consumo energético, la ruta común a la memoria de la APU ayudó a evitar este problema.

La arquitectura de la APU permite una configuración de varias gráficas en las que se puede añadir una gráfica dedicada al diseño, logrando aún más potencia gráfica. El sistema puede así escalar cuando lo necesite, dependiendo de las demandas de la aplicación, liberando todos los recursos disponibles y logrando un rendimiento sin precedentes.


APUs para la experiencia visual de hoy

A medida que el contenido digital se hace más y más visual, tanto en Internet como en otros recursos, más y más de este contenido es de alta definición. De hecho, 9000 millones del total de archivos de vídeo que las personas tienen en sus bibliotecas personales, son de alta definición.1 Todo esto supone una increíble oportunidad para que las APUs ayuden a mejorar la experiencia de los usuarios.

AMD está trabajando con ISVs para mejorar la navegación en Internet con una opción acelerada en 2D que agiliza la visualización y la carga de páginas, así como investigando el uso de UVDs en las APUs para redefinir el contenido de vídeo y mostrarlo con la mejor calidad visual en la gran pantalla.

La calidad de la visualización no es lo único que las APUs han mejorado. Todo este crecimiento en el contenido visual está haciendo también que funcionalidades como la búsqueda y el indexado, y capacidades como la limpieza de fotos y vídeos, sean cada vez más importantes para los usuarios. Estas son áreas donde las APUs pueden acelerar y simplificar los procesos de forma significativa.

APUs para tamaños pequeños: más potencia en menor espacio

La continua demanda de ordenadores de pequeño tamaño conlleva la necesidad de una mayor integración y miniaturización. Cuando el espacio importa, los diseñadores de hardware necesitan reducir el número de componentes necesarios para proporcionar la mejor experiencia y satisfacer las demandas de mayor rendimiento, especialmente cuando, para muchos usuarios, el único ordenador del que disponen es un portátil u otro dispositivo portátil.

Con la integración de la CPU, la GPU y otras unidades especializadas en un procesador, las APUs pueden reducir de forma significativa la cantidad de espacio físico necesario dentro de los sistemas pequeños, y así aprovechar las posibilidades de estos pequeños sistemas. Podrás ver la APU de AMD en portátiles, ultrafinos, tablets y pizarras en espectaculares diseños.


APUs para el futuro de las interfaces de usuario (UIs)

Las personas siempre han estado fascinadas por la idea de interfaces que necesiten poco más que una palabra o un gesto para que el ordenador reconozca al usuario y lo que éste intenta hacer.

Las APUs pueden ayudar a hacer realidad las interfaces de usuario más sofisticadas al permitir una informática más contextual, donde grandes cantidades de datos de múltiples sensores permitan que el ordenador se adapte al usuario y a la situación de maneras antes impensables.


Hacia una arquitectura informática más equilibrada

Las posibilidades creadas por la informática heterogénea son fantásticas, desde videoconferencias de alta definición prácticamente sin fallos hasta una claridad de pantalla inimaginable o traducción e interpretación de idiomas en tiempo real.

La informática heterogénea que reúne lo mejor de las CPUs y las GPUs, todo ello en tamaños cada vez más pequeños, de menor consumo energético y con baterías que duran cada vez más, es esencial para proporcionar los diseños de procesadores más potentes y rápidos y mejorar la experiencia del usuario.

Esta es la razón por la que la promesa y el potencial de las APUs, con sus capacidades únicas para lograr el equilibrio perfecto entre el procesamiento escalar y vectorial, son tan importantes para los usuarios finales y para los diseñadores de hardware/software por igual.


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Notas a pie de página

1 Informe de investigación de mercado CEA – Amassing Digital Fortunes: A Digital Storage Study, mayo de 2008

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