AMD, depositato brevetto di una CPU con elementi FPGA

Il connubio tra CPU e FPGA (Field-Programmable Gate Array) è sempre più vicino. AMD ha depositato un brevetto presso lo USPTO (United States Patent and Trademark Office) chiamato “Metodo e apparato per istruzioni programmabili efficienti nei sistemi informatici” nel quale viene descritta una CPU con elementi FPGA integrati direttamente nel design interno.

Il brevetto, che segue l’annuncio di AMD di voler acquisire Xilinx, descrive un nuovo tipo di CPU che include al proprio interno un elemento FPGA che condivide con il processore parte delle risorse interne, come registri per unità di esecuzione a virgola mobile e numeri interi. Gli FPGA, come suggerisce il nome, sono costruzioni hardware che possono riconfigurarsi secondo tabelle prestabilite, le quali possono anche essere aggiornate, per eseguire le funzioni desiderate e specifiche.

Non è la prima volta che sentiamo parlare di una soluzione simile, Intel ha già immesso sul mercato un chip che comprende una CPU ed un FPGA, lo Xeon 6138P. Il processore include al suo interno un FPGA Arria 10 GX 1150 che tuttavia è separato dalla CPU, nonostante si trovi sullo stesso die.

Il prodotto di Intel, ad ogni modo, è penalizzato in termini di prestazioni e di latenza a causa del fatto che le operazioni complesse eseguite nell’FPGA devono essere estratte dalla CPU, elaborate nell’FPGA e quindi i risultati devono essere riconsegnati alla CPU. Il design di AMD scavalca efficacemente questo problema e dovrebbe quindi consentire prestazioni molto più elevate.

Come sottolineato da TechPowerUp, questo tipo di configurazione permetterebbe in teoria di realizzare delle CPU in grado di aggiornare il proprio set di istruzioni, eliminando la necessità di sostituire l’intero chip.

“[…] un semplice aggiornamento del firmware potrebbe permettere alla CPU di riconfigurare il suo array FPGA in modo da poter elaborare nuove ed esotiche istruzioni man mano che vengono rilasciate. Un altro argomento a favore di questa integrazione è che in questo modo, un po’ di silicio a funzione fissa che si trova oggi nelle CPU e che serve a supportare le vecchie istruzioni x86 potrebbe essere tralasciato, lasciando che l’FPGA si prenda cura delle loro funzioni – ciò consentirebbe accelerazione hardware per quando (e se) queste istruzioni sono necessarie“.

In poche parole, questa soluzione permetterebbe ad AMD di eliminare dalla CPU dei blocchi hardware spesso inutilizzati e che sprecano prezioso spazio sul chip. Ciò permetterebbe di sfruttare lo spazio liberato in nuovi modi, come per esempio aggiungendo nuovi core, mentre la componente FPGA sarebbe in grado di riconfigurarsi ed eseguire le funzioni per cui non è presente hardware specifico sul chip.

Nel caso l’FPGA non sia utilizzato attivamente per istruzioni particolari, esso potrebbe aiutare le prestazioni in virgola mobile o con numeri interi della CPU permettendo un ulteriore boost.

Come tutti i brevetti depositati, non è chiaro se mai questo prodotto vedrà la luce del giorno. Ad ogni modo si tratta di una soluzione incredibilmente interessante.

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