tegnologia

Conceptos básicos[editar]

Tradicionalmente, los programas informáticos se han escrito para el cómputo en serie. Para resolver un problema, se construye un algoritmo y se implementa como un flujo en serie de instrucciones. Estas instrucciones se ejecutan en una unidad central de procesamiento en un ordenador. Sólo puede ejecutarse una instrucción a la vez y un tiempo después de que lainstrucción ha terminado, se ejecuta la siguiente.6
La computación en paralelo, por el contrario, utiliza simultáneamente múltiples elementos de procesamiento para resolver un problema. Esto se logra mediante la división del problema en partes independientes de modo que cada elemento de procesamiento pueda ejecutar su parte del algoritmo de manera simultánea con los otros. Los elementos de procesamientoson diversos e incluyen recursos tales como una computadora con múltiples procesadores, varios ordenadores en red, hardware especializado, o cualquier combinación de los anteriores.6
El aumento de la frecuencia fue la razón dominante de las mejoras en el rendimiento de las computadoras desde mediados de 1980 hasta el año 2004. El tiempo de ejecución de un programa es igual al número deinstrucciones multiplicado por el tiempo promedio por instrucción. Manteniendo todo lo demás constante, el aumento de la frecuencia de reloj reduce el tiempo medio que tarda en ejecutarse una instrucción, por tanto un aumento en la frecuencia reduce el tiempo de ejecución de los programas de cómputo.7
Sin embargo, el consumo de energía de un chip está dada por la ecuación P = C × V2 × F, donde P es lapotencia, C es el cambio de capacitancia por ciclo de reloj —proporcional al número de transistores cuyas entradas cambian—, V es la tensión, y F es la frecuencia del procesador (ciclos por segundo). 8 Un aumento en la frecuencia aumenta la cantidad de energía utilizada en un procesador. El aumento del consumo de energía del procesador llevó a Intel en mayo del 2004 a la cancelación de sus procesadoresTejas y Jayhawk, este hecho generalmente se cita como el fin del escalado de frecuencia como el paradigma dominante de arquitectura de computadores.9
La ley de Moore es la observación empírica de que la densidad de transistores en un microprocesador se duplica cada 18 a 24 meses.10 A pesar de los problemas de consumo de energía, y las repetidas predicciones de su fin, la ley de Moore siguevigente. Con el fin del aumento de la frecuencia, estos transistores adicionales —que ya no se utilizan para el aumento de la frecuencia— se pueden utilizar para añadir hardware adicional que permita la computación paralela.
Ley de Amdahl y ley de Gustafson[editar]


Representación gráfica de la ley de Amdahl. La mejora en la velocidad de ejecución de un programa como resultado de la paralelizaciónestá limitada por la porción del programa que no se puede paralelizar. Por ejemplo, si el 10% del programa no puede paralelizarse, el máximo teórico de aceleración utilizando la computación en paralelo sería de 10x no importa cuántos procesadores se utilicen.
Idealmente, la aceleración a partir de la paralelización es lineal, doblar el número de elementos de procesamiento debe reducir a la mitadel tiempo de ejecución y doblarlo por segunda vez debe nuevamente reducir el tiempo a la mitad. Sin embargo, muy pocos algoritmos paralelos logran una aceleración óptima. La mayoría tienen una aceleración casi lineal para un pequeño número de elementos de procesamiento, y pasa a ser constante para un gran número de elementos de procesamiento.
La aceleración potencial de un algoritmo en unaplataforma de cómputo en paralelo está dada por la ley de Amdahl, formulada originalmente por Gene Amdahl en la década de 1960.11 Esta señala que una pequeña porción del programa que no pueda paralelizarse va a limitar la aceleración que se logra con la paralelización. Los programas que resuelven problemas matemáticos o ingenieriles típicamente consisten en varias partes paralelizables y varias no...