AMD celebra cuatro décadas de innovación en FPGA: de la invención a la aceleración de la IA

Este año se celebra el 40 aniversario de la primera matriz de puertas programables en campo (FPGA) disponible en el mercado, que introdujo la idea del hardware reprogramable. Al crear un «hardware tan flexible como el software», la lógica reprogramable de las FPGA cambió la faz del diseño de semiconductores. Por primera vez, los desarrolladores podían diseñar un chip y, si las especificaciones o los requisitos cambiaban a mitad del proceso, o incluso después de la fabricación, podían redefinir su funcionalidad para realizar una tarea diferente. Esta flexibilidad agilizó el desarrollo de nuevos diseños de chips, aceleró la comercialización de nuevos productos y supuso una alternativa a los ASIC.

El impacto en el mercado ha sido fenomenal. Las FPGA crearon un sector de más de 10.000 millones de dólares y, en las últimas cuatro décadas, hemos suministrado más de 3.000 millones de FPGA y SoC adaptables (dispositivos que combinan la estructura FPGA con un sistema en chip y otros motores de procesamiento) a más de 7.000 clientes de diversos segmentos del mercado. De hecho, hemos sido líderes en cuota de mercado de lógica programable durante los últimos 25 años consecutivos, y creemos que estamos bien posicionados para seguir liderando el mercado gracias a la solidez de nuestra cartera de productos y nuestra hoja de ruta.

Acelerar la innovación

La FPGA fue inventada por Ross Freeman, cofundador de Xilinx, Inc. (ahora parte de AMD), un ingeniero e innovador que pensó que tenía que haber una forma mejor y más rentable de diseñar chips, más allá de los dispositivos ASIC estándar de función fija. Las FPGA proporcionaron a los ingenieros la libertad y flexibilidad necesarias para cambiar los diseños de los chips sobre la marcha, con la posibilidad de desarrollar y diseñar un chip personalizado en un solo día. Las FPGA también ayudaron a crear el modelo de negocio «sin fábrica» que transformó toda la industria de los semiconductores. Al eliminar la necesidad de herramientas de máscaras personalizadas y los costes de ingeniería no recurrentes asociados, las FPGA ayudaron a acelerar la innovación en hardware al demostrar que las empresas no necesitaban poseer una fundición para crear hardware revolucionario: sólo necesitaban visión, capacidad de diseño y una FPGA.

En los 40 años transcurridos desde la aparición de la primera FPGA comercial del mundo (XC2064), la FPGA se ha hecho omnipresente en el panorama de la electrónica y se ha integrado profundamente en la vida cotidiana. Hoy en día, los dispositivos informáticos adaptables, incluidos los FPGA y los SoC y System-on-Modules (SOM) adaptables, se encuentran en todo tipo de dispositivos, desde automóviles, vagones de tren y semáforos hasta robots, drones, naves espaciales y satélites, pasando por redes inalámbricas, equipos médicos y de pruebas, fábricas inteligentes, centros de datos e incluso sistemas de negociación de alta frecuencia.

Pie de foto (arriba): Ross Freeman (derecha) observando el diseño del XC2064 a vista de pájaro.

Innovaciones clave e hitos de producto

Las innovaciones de AMD y la evolución de las necesidades del mercado han dado lugar a muchos avances sorprendentes en la tecnología FPGA en los últimos 40 años.

1985: XC2064 - primera FPGA comercial

1990s: FPGAs XC4000 y Virtex: primeras con RAM y DSP integrados para infraestructuras inalámbricas.

1999: Lanzamiento de la familia Spartan, una alternativa rentable a los ASIC tradicionales para aplicaciones de gran volumen.

2001: primera FPGA con SerDes integrado.

2011: Virtex-7 2000T se convierte en la primera implementación de producción de la industria del encapsulado Chip-on-Wafer-on-Substrate (CoWoS), ayudando a ser pionera en el uso de técnicas avanzadas de integración 2,5D que se han convertido en la base de los sistemas HPC, y ahora está impulsando la ola de innovaciones de GPU para IA.

2012: Familia Zynq: primer SoC adaptable que combina CPU Arm con lógica programable.

2012: Vivado Design Suite - puso el diseño FPGA al alcance de los desarrolladores de software.

2019: Lanzamiento de los primeros SoC adaptativos Versal, que introducen motores de IA dedicados y una red en chip (NOC) programable.

2019: Plataforma de software unificada Vitis - que ofrece herramientas de IA preoptimizadas y capas de abstracción para una inferencia más rápida.

2024: Versal AI Edge Series Gen 2 - que integra lógica programable, CPU, DSP y motores de IA para la primera aceleración de IA de extremo a extremo en un solo chip, y está impulsando una nueva generación de aplicaciones que exigen computación heterogénea, de baja latencia y eficiente en energía.

2024: La familia de FPGAs Spartan UltraScale+, que se suma a nuestra amplia cartera de FPGAs de coste optimizado y SoCs adaptables y ofrece un rendimiento eficiente en coste y consumo para aplicaciones de E/S intensivas en el perímetro.

La introducción del software Vivado y Vitis ha contribuido notablemente a impulsar la expansión del mercado. El software Vivado permite a los desarrolladores agilizar los flujos de trabajo, reducir los ciclos de desarrollo y obtener un mayor rendimiento con funciones avanzadas como la síntesis de alto nivel, las optimizaciones de aprendizaje automático y la integración transparente de núcleos IP.

El entorno de desarrollo Vitis aporta herramientas preoptimizadas y capas de abstracción para ayudar a acelerar la inferencia de IA. La última versión (2024.2) incluye nuevas funcionalidades, como una herramienta independiente para el diseño C/C++ embebido y mejoras para simplificar el uso de SoCs adaptativos AMD Versal con motores de IA. Seguimos invirtiendo en estas herramientas para que los usuarios sean más productivos y puedan aprovechar los nuevos tipos de datos y modelos de IA en evolución.

IA en la periferia

En la actualidad, la mayoría de las cargas de trabajo de IA se ejecutan en las GPU de los centros de datos. Sin embargo, una cantidad cada vez mayor de procesamiento de IA tiene lugar en el perímetro. La tecnología FPGA está a la vanguardia del rápido crecimiento de las aplicaciones de IA en un amplio espectro de sectores. Las FPGA y los SoC adaptativos proporcionan un procesamiento de baja latencia de los datos de los sensores en tiempo real, lo que permite acelerar la inferencia de la IA en el perímetro. Y con la reciente introducción de modelos de IA generativa más pequeños, podemos ver un «momento ChatGPT» llegando al borde, donde estos nuevos modelos de IA pueden ejecutarse en dispositivos de borde, ya sea en un PC de IA, en su vehículo, en un robot de fábrica, en el espacio o en cualquier aplicación integrada.

Mirando al futuro

Creemos que la computación adaptativa basada en FPGA seguirá impulsando los avances en las aplicaciones de IA en los bordes para la conducción automatizada, la robótica y la automatización industrial, las redes 6G, el cambio climático, el descubrimiento de fármacos, la investigación científica y la exploración espacial. Al conmemorar el 40 aniversario de la FPGA, nos sentimos muy orgullosos de haber inventado esta tecnología y reflexionamos sobre lo lejos que ha llegado y su prometedor impacto en los próximos 40 años. Los desarrolladores que trabajan en productos punteros y líderes del mercado siguen utilizando la tecnología FPGA para impulsar diseños de chips innovadores, potenciar la verificación asistida por hardware y acelerar el tiempo de comercialización. AMD se compromete a liderar la evolución de esta increíble tecnología durante las próximas décadas.

Fuente: Blog de AMD