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Construyendo soluciones FPGA basadas en memoria no volátil

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chip procesador

Las aplicaciones de los chips FPGA están aumentando rápidamente con la llegada de nuevas tecnologías IoT y de inteligencia artificial, entre otras innovaciones, pero la mayoría de soluciones actuales se basan en ecologías de memoria antiguas. Ahora, un equipo de investigadores chinos y norteamericanos ha propuesto un nuevo sistema NVFPGA, que sustituye la memoria SRAM por una memoria no volátil de celdas multinivel (MLC), que mejora el rendimiento del sistema.

Los procesadores FPGA (Field Programmable Gate Array) se están posicionando como una solución perfecta para muchas aplicaciones en el campo de IoT, la informática perimetral y las tecnologías específicas para la inteligencia artificial. Su capacidad de ser programadas para usos concretos y su gran versatilidad están convenciendo a la industria, y cada vez hay más plataformas de este tipo en sectores innovadores. Pero algunos componentes usados normalmente con estos chips no se ajustan tan bien a los requisitos de las tecnologías emergentes, por ejemplo, la memoria.

Tradicionalmente, las soluciones basadas en procesadores FPGA incluían memoria de tipo SRAM (Memoria de Acceso aleatorio Estática), de carácter volátil y con ciertas limitaciones en materia de espacio físico, retardo de ruta crítica y potencia de fuga. Estos parámetros limitan las posibilidades de aplicación a las tecnologías emergentes, por lo que la industria se plantea nuevos caminos para el diseño de estas plataformas.

Un ejemplo es el trabajo realizado por un equipo de investigadores de la Universidad de Pittsburgh y de varias universidades chinas, en el que proponen sustituir la memoria SRAM convencional por memoria no volátil de tipo MLC (Multi Level Cell), en su propia versión de una arquitectura NVFPGA (FPGA no volátil), con cinco estructuras de clúster. Con ello afirman que se pueden superar algunos de los principales retos a los que se enfrentan estas plataformas, como limitaciones en la capacidad máxima de memoria y una alta potencia de fuga.

Como explican en su artículo, los diseños de NVFPGA propuestos hasta ahora parecen viables, pero no se ha profundizado en el uso de memoria MLC, algo que en su opinión permite unas características superiores a las de otras memorias no volátiles. Ya firman que su método reduce la sobrecarga del retraso adicional en las células MLC más lentas, empleadas en otros esquemas. Han realizado pruebas con flujos de trabajo CAD, reduciendo el área, el retardo de la ruta crítica y la potencia de fuga en un 31%, 10% y 95%, respectivamente.

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