Dark Silicon vs Dim Silicon: diferencias entre silicio

Tal vez hayas llegado aquí al querer conocer más sobre la denominada Near-Threshold Computing, o tal vez simplemente sientes curiosidad sobre cuáles son los problemas de los chips que más preocupan en la actualidad. Pues bien, aquí te mostramos todo lo que debes conocer sobre el denominado Dark Silicon vs Dim Silicon…

Índice de contenidos

¿Qué es el Dark Silicon?

El término Dark Silicon se acuñó debido a limitaciones de potencia, ya que no todas las zonas pueden estar activadas simultáneamente en un chip. Este fenómeno surge de la incapacidad para escalar la tensión de suministro a la misma velocidad que la densidad de transistores en tecnologías más avanzadas. Aunque los transistores pueden ser físicamente más pequeños y numerosos, la disipación de potencia resultante al activarlos todos simultáneamente sería insostenible, tanto térmica como energéticamente.

Es decir, el dark silicon a lo que está haciendo referencia no es ni más ni menos que a las zonas del chips inactivas o apagadas de forma parcial para evitar superar los límites térmicos o de potencia. De lo contrario, se podría elevar demasiado el calor generado y el consumo de los chips a medida que avanzan. Ten en cuenta que con cada nodo de fabricación mejoran los chips y aumenta la densidad de transistores por unidad de superficie, pero también el calor generado por área.

Esto limita la capacidad de aprovechar completamente el número creciente de transistores proporcionado por la Ley de Moore. Para contrarrestar esto, se implementan algunas estrategias como las DVFS de las que ya comenté en este blog.

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¿Qué es Dim Silicon?

El Dim Silicon, por otro lado, se refiere a la operación de transistores o núcleos a voltajes cercanos al umbral (near-threshold voltage o NTV) para reducir el consumo energético. Esta estrategia busca aumentar el número de núcleos o partes del chip que pueden operar simultáneamente dentro de una potencia fija, aunque a costa de reducir significativamente la frecuencia de operación y, por ende, el rendimiento individual de cada núcleo.

Para tratar de mejorar estos inconvenientes, se suelen implementar soluciones que pasan por la integración de arquitecturas heterogéneas con aceleradores para tareas específicas que trabajen de forma más eficiente, o utilizar lógica reconfigurable, como los FPGAs.

De hecho, un análisis basado en la Ley de Amdahl muestra que el rendimiento global en sistemas heterogéneos mejora significativamente cuando se integran aceleradores, especialmente para aplicaciones que demandan mayor paralelismo. Por ello, los nuevos SoCs ya integran unidades más allá de los núcleos de CPU, como la iGPU, NPU, DSP, etc.

No obstante, no todo son ventajas, en contraste, en sistemas que dependen únicamente de Dim Silicon, el rendimiento puede saturarse debido a los rendimientos decrecientes al agregar núcleos de baja frecuencia.

Diferencias entre Dark Silicon y Dim Silicon

	Dark Silicon	Dim Silicon
Definición	Partes del chip que no se pueden activar simultáneamente debido a restricciones de potencia.	Núcleos que operan a voltajes bajos para reducir el consumo energético.
Causa principal	Limitaciones térmicas y de potencia asociadas al incremento de la densidad de transistores.	Limitaciones en el rendimiento energético al operar a voltajes cercanos al umbral.
Impacto en el rendimiento	Secciones inactivas del chip reducen el uso potencial de transistores disponibles.	Núcleos activos pero con rendimiento reducido debido a frecuencias más bajas.
Estrategias de mitigación	Aceleradores dedicados, diseño heterogéneo y técnicas de gestión térmica.	Operación heterogénea, aceleradores reconfigurables y arquitecturas con alto paralelismo.
Ámbito de aplicación	Aplicaciones que requieren eficiencia energética en áreas específicas del chip.	Escenarios donde se prioriza la activación simultánea de múltiples núcleos a baja potencia.