A implantação de aceleradores de hardware aprimora significativamente o poder computacional de um sistema, descarregando tarefas específicas e computacionalmente intensivas da CPU de uso geral para unidades de hardware especializadas projetadas para essas tarefas. Isso leva a vários efeitos -chave no desempenho e na eficiência do sistema:
** 1. Aumento do desempenho através do paralelismo e especialização
Os aceleradores são projetados para executar operações específicas muito mais rápidas que as CPUs, explorando o paralelismo e os circuitos especializados. Por exemplo, os aceleradores criptográficos de hardware podem processar muitas operações criptográficas simultaneamente, concluindo tarefas muito mais rapidamente do que uma CPU que as lida sequencialmente. Essa especialização permite que os aceleradores forneçam acelerações dramáticas para suas cargas de trabalho de destino, geralmente melhorando o desempenho por ordens de magnitude em comparação com a execução somente da CPU [8] [5] [7].
** 2. Eficiência energética aprimorada
Ao contrário da crença tradicional de que a adição de hardware aumenta o consumo de energia, os aceleradores cuidadosamente projetados podem reduzir a energia geral do sistema. Isso ocorre porque os aceleradores podem executar operações com mais eficiência, exigindo menos ciclos de relógio e permitindo que o sistema seja executado em frequências mais baixas de relógio, mantendo ou melhorando o desempenho. Por exemplo, a adição de aceleradores a um sistema incorporado reduziu significativamente os ciclos de execução quase 90 vezes e reduzem significativamente o consumo de energia, às vezes para menos de um quinto da potência da CPU-alone, permitindo freqüências operacionais mais baixas e computação mais eficiente [5].
** 3. Descarregar a carga de trabalho da CPU e permitir aplicativos mais complexos
Ao lidar com tarefas especializadas, como processamento criptográfico, multiplicação de matriz ou inferência de aprendizado de máquina, os aceleradores liberam a CPU para se concentrar em outras funções do sistema. Essa descarga não apenas aumenta a taxa de transferência geral, mas também permite a integração de recursos mais avançados e aplicativos complexos sem sobrecarregar o processador principal [8].
** 4. Flexibilidade e adaptabilidade no design do sistema
Alguns aceleradores, como os FPGAs, oferecem alta potência computacional e eficiência energética, tornando -os adequados para tarefas de aceleração flexível na borda das redes. A implantação de aceleradores permite que os sistemas sejam adaptados para cargas de trabalho específicas, equilibrando o desempenho, a energia e as restrições de custos de maneira eficaz [4] [5].
** 5. Desafios e gerenciamento no nível do sistema
A heterogeneidade introduzida pelos aceleradores requer suporte cuidadoso do sistema e do sistema operacional para alocar recursos com eficiência e agendar tarefas. O gerenciamento adequado garante que os aceleradores sejam utilizados de maneira ideal, maximizando seus benefícios de desempenho, mantendo a estabilidade do sistema e a eficiência de energia [7].
** 6. Redução do movimento de dados e despesas gerais de comunicação
Em aceleradores projetados para tarefas como multiplicação de matriz, reutilização de dados no chip e buffer eficiente reduz a necessidade de transferências de dados frequentes entre os elementos de memória e processamento, minimizando gargalos de largura de banda e custos de energia associados ao movimento de dados [10].
Em resumo, a implantação de aceleradores aprimora o poder computacional de um sistema, permitindo uma execução mais rápida e com eficiência energética de tarefas especializadas, liberando recursos da CPU e permitindo cargas de trabalho mais complexas e exigentes. Isso resulta em ganhos significativos de desempenho e economia de energia, especialmente importantes em ambientes de computação incorporada, borda e de alto desempenho [4] [5] [7] [8] [10].
Citações:
[1] https://www.ultralytics.com/blog/understanding-the-impact-of-compute-power-on-ai-innovations
[2] https://premioinc.com/blogs/blog/performance-accelerators-in-the-context-of-computing-hardware
[3] http://www.dre.vanderbilt.edu/~gokhale/www/papers/hotge20_hwaccelreco.pdf
[4] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s006524582300075x
[5] https://cdrdv2-public.intel.com/650470/wp-01112-hw-reduce-power.pdf
[6] https://www.usenix.org/system/files/osdi24-ma-jiacheng.pdf
[7] https://scail.cs.wisc.edu/papers/hotpar12_rinnegan.pdf
[8] https://www.appviewx.com/blogs/hardware-cryptographic-accelerators-to-enhance-security-without-slowow-Down/
[9] https://publications.ics.forth.gr/tech-reports/2018/2018.tr473_accelerator_deployment_models_heterogeneous_processing.pdf
[10] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/pmc11767631/