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Los sistemas en un chip llegan al centro de datos

Algunos centros de datos y fabricantes de computadoras ahora ofrecen chips y circuitos a la medida. Para obtener el máximo valor, las empresas primero deben comprender los posibles casos de uso.

Durante décadas, las arquitecturas de hardware han utilizado una combinación de unidades centrales de procesamiento (CPU), memoria, almacenamiento externo y red de manera uniforme. Dado que la innovación requirió una inversión sustancial, el resultado ha sido una mercantilización restrictiva, con fabricantes de chips que carecen de incentivos para brindar soluciones a medida a las industrias o diseñar casos de uso específicos.

De manera similar, la industria de los chips se ha vuelto significativamente más homogeneizada a medida que las empresas se han movido hacia una arquitectura y fabricación de chips estandarizados. Esta tendencia ha significado que los proveedores de la nube enfrentan cada vez más desafíos en el poder de procesamiento central y cuellos de botella debido a la latencia de las comunicaciones de la red.

Recientemente, sin embargo, los fabricantes de computadoras para centros de datos e incluso varios fabricantes minoristas de computadoras han anunciado planes para producir sus propios chips que integren los antiguos sistemas individuales en un chip. Los circuitos y chips personalizados, a menudo construidos con la última tecnología (como un proceso avanzado de cinco nanómetros) han demostrado ventajas significativas en el rendimiento y el consumo de energía.

Al adoptar un enfoque de sistemas en un chip (SoC), estos fabricantes ahora pueden optimizar el rendimiento, el costo y el consumo de energía simultáneamente al adaptar la electrónica a las necesidades del negocio y optimizar el diseño para cálculos específicos. Varias industrias han mejorado el rendimiento entre un 15 y un 20 por ciento, al tiempo que han reducido significativamente los costos y el tiempo de producción para la fabricación de chips personalizados. Esto es especialmente cierto para casos de uso enfocado, como la optimización a gran escala, donde numerosos problemas de naturaleza similar deben resolverse en paralelo.

Navegando por el diseño y la producción

Actualmente, las empresas pueden contratar proveedores especializados para diseñar chips a medida y luego enviarlos a una fundición en el este de Asia para fabricarlos a escala. El uso de técnicas modernas de análisis avanzado, como redes neuronales con aprendizaje de refuerzo, puede optimizar las características del plano de planta del chip, como el promedio ponderado de la longitud total del cable y la densidad y congestión de los circuitos SoC.

Un desafío importante para la empresa que encarga el chip suele ser legal: requiere la identificación, el ensamblaje y la concesión de licencias de todas las tecnologías patentadas necesarias para un diseño compuesto. Como resultado, se debe tener cuidado para garantizar que la integración de hardware a través de la propiedad intelectual de diferentes proveedores no obstaculice significativamente el rendimiento. Hoy en día, estas alternativas de diseño de bajo costo tienen licencia predominantemente en la arquitectura ARM, con el conjunto de instrucciones de estándar abierto RISC-V emergiendo como una alternativa viable.

Servidores de centros de datos

Tanto los proveedores de la nube como los proveedores especializados de CPU y hardware informático están aprovechando este enfoque de SoC para sus servidores tradicionales. Al innovar rápidamente, están comenzando a disfrutar de un éxito significativo. En ciertas áreas, los diseños basados en ARM están eliminando la posición dominante del procesador X86/X64. Varios hiperescaladores han anunciado su cambio a diseños de chips patentados en sus centros de datos. Los nuevos diseños de servidores normalmente se ejecutan a velocidades de reloj ligeramente más bajas en comparación con los sistemas tradicionales para lograr un ahorro de energía significativo y permitir que se empaqueten más núcleos. Un enfoque SoC puede acomodar al menos 160 núcleos por servidor, junto con una red, memoria y opciones de conectividad excepcionales y de última generación. A modo de ejemplo, los servidores con hasta cuatro terabytes de memoria y 128 carriles con un ancho de banda de dos gigabytes por segundo cada uno se ejecutan actualmente en centros de datos en la nube.

Acelerando las canalizaciones de datos

Si bien se está produciendo una innovación emocionante en los servidores centrales del centro de datos, también se debe abordar la latencia de comunicación de red con uso intensivo de datos. La tendencia emergente es descargar estas responsabilidades, incluido el cifrado y la carga de datos, a una unidad de procesamiento dedicada que también proporcione seguridad avanzada y capacidades aceleradas de movimiento de datos. Una gama de empresas ofrece tecnologías que difieren considerablemente en su sofisticación y puntos de precio. Estas tecnologías generalmente se posicionan como SmartNIC (redes cableadas y recursos computacionales en la misma tarjeta para descargar tareas de las CPU del servidor) y pueden basarse en matriz de puertas programables en campo (FPGA), circuito integrado específico de la aplicación (ASIC) o tecnología SoC. Se ha empleado una unidad de procesamiento de datos (DPU), un tipo específico de SoC, en varios diseños de chips nuevos.

Algunos productos van mucho más allá y ofrecen capacidades importantes en la gestión de canalización de datos para reducir significativamente la latencia de la red, admitir la aceleración criptográfica en línea, permitir el aislamiento de “enclave” altamente seguro de los conjuntos de datos de diferentes organizaciones y proporcionar la capacidad de alimentar los datos de la red directamente en unidades de procesamiento de gráficos (GPU) para predicciones de aprendizaje automático. Por supuesto, las capacidades de estos dispositivos deben coincidir con las de los servidores de próxima generación.

Una transformación digital requiere un cambio más allá de la tecnología

La estructura típica de los bancos de desarrollo (propiedad multigubernamental y uno que es altamente reacio al riesgo para mantener un bajo nivel de incumplimiento) es una barrera para estos cambios necesarios que no se puede superar fácilmente con un enfoque típico de negocios habituales. En su lugar, los bancos deben establecer un grupo de trabajo programático dedicado para gestionar el cambio cultural y organizativo. Se requieren varios elementos como parte de dicho enfoque.

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Carla Serrato
Carla Serrato

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