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L’importanza dell’accelerazione hardware Alessandro Nobile TECH FOCUS HW ACCELERATORS Con il termine “accelerazione hardware” si fa riferimento all’utilizzo di dispositivi hardware dedicati che permet- tono di eseguire alcune funzioni in maniera più veloce e/o più efficiente (ad esempio consumando meno ener- gia) rispetto all’utilizzo di un processore (CPU – Central Processing Unit) tradizionale di tipo“general purpose. Il ricorso all’accelerazione hardware risale ai primi anni ’80. All’epoca, i sistemi basati sull’architettura x86 ve- nivano corredati con FPU (Floating Point Unit), ovvero coprocessori matematici il cui compito era incrementare le capacità computazionale in virgola mobile delle CPU. Grazie all’evoluzione tecnologica, queste unità sono state integrate direttamente nella CPU. Grazie agli acceleratori, che si presentano sotto svariate forme, è possibile ottenere un elevato livello di parallelismo che risulta particolarmente utile in un numero crescente di applicazioni, tra cui intelligenza artificiale, apprendimento automatico, automotive, medicale e robotica Gli acceleratori: una necessità Gli acceleratori hardware esistono perché la CPU, per sua natura, è progettata per gestire un’ampia gamma di ca- richi di lavoro (workload), quindi non può svolgere qual- siasi specifica funzione in maniera ottimale. Per contro, i sistemi che prevedono l’utilizzo congiunto di processori e acceleratori hardware permetto di ottenere significati- vi vantaggi in termini di PPA (Power/Performance/Area, ovvero consumi, prestazioni e ingombri). Funzioni che richiedono l’elaborazione digitale del se- gnale (DSP), come la codifica video, la correzione degli errori di comunicazione e il filtraggio, nonché gli algo- ritmi di apprendimento e i processi inferenziali dell’in- telligenza artificiale (AI) sono solo alcuni delle nume- rose applicazioni che possono trarre numerosi benefici, in termini di PPA, se implementate con acceleratori har- dware. Più prestazioni e minori consumi L’esecuzione di una determinata funzione su un acce- leratore hardware piuttosto che su un processore gene- ral-purpose assicura migliori prestazioni e consumi ri- dotti. Poiché gli acceleratori hardware sono espressamente re- alizzati per gestire una funzione specifica, le loro risor- se possono essere dimensionate correttamente con una precisione dei dati adatta a soddisfare le esigenze dell’al- goritmo. Ad esempio, un algoritmo che richiede una pre- cisione degli interi a 10 bit può utilizzare risorse aritme- tiche più veloci e di dimensioni adeguate rispetto a un processore che può disporre solo di risorse a 32 bit. Poi- ché molti algoritmi DSP prevedono funzioni ripetitve di “multiply/accumulate” (ovvero operazioni matematiche in cui si moltiplicano due numeri e si aggiunge il risul- tato a un accumulatore), la differenza di prestazioni può risultare sensibile. Tra gli altri vantaggi correlati all’uso di acceleratori hardware si possono annoverare l’elimi- nazione della complessità e del tempo di esecuzione ne- cessari per il fetch (prelievo) delle istruzioni, la decodi- fica, la predizione delle diramazioni (branch prediction), (Fonte: rawpixel.com on Freepik) ELETTRONICA OGGI 527 - GIUGNO/LUGLIO 2025 36