L’une des caractéristiques remarquables des FPGAs est leur capacité à offrir une latence extrêmement faible, un facteur essentiel pour les applications nécessitant un traitement instantané des données. Contrairement aux CPU et GPU, qui s’appuient sur des couches logicielles et une mémoire partagée, les FPGAs exécutent directement les tâches au niveau matériel, contournant ainsi les goulots d’étranglement associés aux architectures polyvalentes.
Par exemple, la latence impacte directement les performances dans les tâches d’inférence en IA, c’est-à-dire la rapidité avec laquelle un système peut prendre des décisions basées sur les données.
Grâce à leurs architectures personnalisables, les FPGAs permettent aux données de circuler dans les étapes de traitement sans délais inutiles, assurant ainsi des réponses quasi-instantanées. Cet avantage est crucial pour des secteurs tels que le trading à haute fréquence, où quelques millisecondes peuvent se traduire en millions de dollars, ou la conduite autonome, où chaque nanoseconde compte pour la sécurité.
Dans les environnements haute performance, les FPGAs se démarquent par leur capacité à “exécuter des tâches spécifiques avec un timing déterministe.” Cela signifie que leur fonctionnement est entièrement prévisible, ce qui est crucial pour les processus sensibles au temps. En comparaison, les CPU et GPU introduisent souvent de la variabilité en raison de la planification des tâches et du multitâche. Les chemins d’exécution directs des FPGAs garantissent des performances prévisibles, répondant aux exigences d’industries comme les télécommunications et l’imagerie médicale.
Exemples d’applications mettant en avant la faible latence des FPGAs
Les FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays) sont renommés pour leurs capacités de faible latence, ce qui les rend indispensables dans les applications où le traitement rapide des données est critique. Voici quelques exemples mettant en lumière cet avantage :
- Trading à haute fréquence (HFT)
Les entreprises utilisent des FPGAs pour exécuter des transactions avec un délai minimal sur les marchés financiers, obtenant ainsi un avantage concurrentiel. Par exemple, Enyx propose des solutions basées sur FPGA offrant une ultra-faible latence pour les applications de trading.
- Traitement de données en temps réel dans les réseaux
Les FPGAs sont employés pour l’accélération des réseaux afin de gérer des tâches telles que le chiffrement, la compression et l’inspection approfondie des paquets avec une faible latence. Le Ultra-Low Latency (ULL) FPGA Framework d’Orthogone est conçu pour les applications réseau haute performance.
- Calcul haute performance (HPC)
Les FPGAs assurent un traitement à faible latence dans les simulations scientifiques et l’apprentissage automatique, améliorant ainsi les performances. La bibliothèque hls4ml facilite le déploiement de réseaux neuronaux convolutionnels rapides sur FPGAs, atteignant des latences d’inférence aussi basses que 5 microsecondes.
- Traitement des données des marchés financiers
Les FPGAs traitent les flux de données de marché avec un délai minimal, permettant une prise de décision rapide. Une étude menée par l’UCSC a démontré une réduction de latence de 4 fois dans le traitement des données de marché grâce à des approches basées sur FPGA, comparées aux méthodes logicielles traditionnelles.
Ces exemples mettent en évidence le rôle crucial des FPGAs dans les applications où la faible latence est primordiale, permettant un traitement rapide et efficace des données dans divers secteurs.
Pourquoi les FPGAs surpassent les processeurs traditionnels
Les FPGAs offrent plusieurs avantages par rapport à leurs homologues CPU et GPU :
- Personnalisation : Des pipelines sur mesure
En traitement vidéo, les FPGAs peuvent être configurés pour mettre en œuvre des pipelines personnalisés qui gèrent efficacement des tâches spécifiques d’encodage et de décodage. Cette personnalisation permet une utilisation optimale du matériel tout en éliminant les opérations inutiles, améliorant ainsi les performances.
- Traitement parallèle : Exécution de plusieurs tâches simultanément
Dans les centres de données, les FPGAs accélèrent les algorithmes de recherche en traitant plusieurs requêtes en parallèle, améliorant considérablement le débit et réduisant les temps de réponse.
- Faible latence : Minimiser les délais pour les applications en temps réel
Dans les systèmes de trading financiers, les FPGAs sont déployés pour traiter les données de marché et exécuter les transactions avec une latence minimale, offrant un avantage concurrentiel dans les environnements de trading à haute fréquence.
- Efficacité énergétique : Réduction de la consommation d’énergie
Dans les systèmes de communication sans fil, les FPGAs sont utilisés pour implémenter des algorithmes de traitement du signal économes en énergie, réduisant ainsi la consommation d’énergie par rapport aux processeurs traditionnels.
Ces avantages rendent les FPGAs indispensables pour les scénarios nécessitant à la fois des performances élevées et une faible consommation d’énergie, notamment à mesure que les industries se tournent vers des solutions informatiques plus durables.
Une voie vers l’innovation
Les FPGAs ne sont peut-être pas nouveaux, mais leurs applications et leur impact continuent d’évoluer à mesure que les défis informatiques se complexifient. Leurs performances inégalées, leur flexibilité et leurs capacités de faible latence en font des outils essentiels pour les industries modernes.
Si vous êtes intrigué par la manière dont les FPGAs redéfinissent les systèmes embarqués et favorisent l’innovation, restez à l’écoute pour plus d’informations. Dans les prochains articles, nous explorerons leur rôle dans les systèmes embarqués et leur intégration avec des plateformes comme l’AMD Zynq Ultrascale+ pour révolutionner les domaines de l’IoT et de l’apprentissage automatique.
Prêt à explorer le potentiel illimité des FPGAs ? Plongeons plus profondément dans leur pouvoir transformateur dans le prochain article.