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El papel de la tecnología de lógica reconfigurable como respuesta a los retos del Internet de las Cosas

En los últimos años, el denominado Internet de las Cosas (IoT, de sus siglas en inglés) se ha consolidado como una de las tecnologías que revolucionará nuestra vida cotidiana en un horizonte no muy lejano. Según diferentes estudios, se estima que más de 26 mil millones de dispositivos en 2020 se encuentren conectados a la red de redes, gracias a los avances en conectividad y ancho de banda, capacidad de procesamiento con reducido consumo y baterías.

El IoT permitirá recoger gran cantidad de información de una variedad de dispositivos (sensores en la ciudad, vestibles, electrodoméstico, aplicaciones en nuestros teléfonos inteligentes, etc.) que será transmitida por la red en forma de flujos de datos que serán posteriormente almacenados y procesados.

Hasta ahora, el modelo seguido para la adquisición y el análisis de la información recogida del IoT se basa en el paradigma de computación en la nube. Sin embargo, este modelo no deja de ser una instancia de una arquitectura centralizada tradicional; con grandes (y escasos) centros de datos y conectividad de primer nivel. Este modelo, según todas las proyecciones e importantes estudios (como el realizado por la consultora Gartner en 2014 titulado “The Impact of the Internet of Things on Data Centers”), no es escalable ni adecuado para los retos que el IoT pone encima de la mesa corto-medio plazo. “La transmisión de la cantidad de datos generados por los dispositivos IoT a una única localización para ser procesados no será técnica ni económicamente viable”.

De manera general, estas serían las principales limitaciones del modelo actual para el completo desarrollo del IoT:

Bajo estas premisas, los investigadores han comenzado a desarrollar propuestas que aporten soluciones al más que probable escenario que se vislumbra. Una de ellas es mover parte de la carga computacional del IoT hacia los propios dispositivos que forman parte de la infraestructura, lo que se denomina Edge Computing o Mobile Cloud. Este paradigma, sin embargo, adolece de serios inconvenientes. Por ejemplo, los dispositivos desplegados suelen tener restricciones sobre todo de batería y memoria (más que la capacidad de cómputo propiamente dicha). También, hay que destacar que a día de hoy no existen plataformas estandarizadas para la gestión y despliegue de aplicaciones/servicios en el borde de la IoT, lo que fuerza al desarrollo de soluciones a medida.

La segunda propuesta es la denominada Fog Computing, un término que hace referencia a una capa con recursos de cómputo que se encuentra entre el dispositivo y la nube. Si bien este concepto ha estado encima de la mesa durante años, es ahora cuando se observa un renovado interés en definir arquitecturas y plataformas concretas. Por ejemplo, en Noviembre de 2015 se fundó el OpenFog Consortium[1] por parte de grandes compañías como Cisco (quien acuñó el término de fog computing), Intell, Microsoft, Dell, Foxconn y universidades como la de Priceton o Shangai Tech.

IoT es el caso de uso que más claramente puede beneficiarse de este nuevo paradigma. Las redes fog conectarán multitud de dispositivos que formarán una constelación de nubes locales que permitirán que éstos puedan comunicarse entre sí. Además, estas nubes locales estarán dotadas de capacidad de procesamiento y almacenamiento para aliviar, como se ha explicado anteriormente, la carga en la nube.

En este escenario (IoT + Fog Computing), la tecnología de lógica reconfigurable jugaría un papel clave como habilitador de soluciones eficientes, escalables y sostenibles. A muy alto nivel, un dispositivo de lógica reconfigurable o FPGA (del inglés Field Programmable Gate Array), es hardware que puede “programarse” para implementar una funcionalidad concreta. Una FPGA ofrece, pues, el rendimiento del hardware sin los inconvenientes de un desarrollo a medida: alto coste, complejos y muy especializados ciclos de desarrollo y nula mantenibilidad. En paralelo al desarrollo de la tecnología y arquitectura de las FPGAs (que permiten abordar desarrollos cada vez más complejos y exigentes), los grandes fabricantes han desarrollado herramientas y metodologías que hacen más fácil la implementación de soluciones sobre estos dispositivos. Esto ha permitido la introducción de esta tecnología en mercados que hasta ahora parecía imposible. Véase, por ejemplo, el reciente anuncio de Amazon[2] en relación a la introducción de FPGAs en sus instancias EC2 F1 para la aceleración a medida de aplicaciones en su nube. O, también, multitud de casos de éxito de uso de la tecnología de lógica reconfigurable como la utilización por parte de Microsoft de FPGAs en los servidores que procesan las peticiones de búsqueda de su motor de internet Bing[3].

Sin duda, la gran capacidad computacional de las FPGAs, y la posibilidad de adaptar el procesamiento al tipo de información subyacente (eventos, vídeo, imágenes, etc.), es quizás la característica que más fácilmente se identifica como deseable en el IoT del futuro. No obstante, es necesario identificar las siguientes propiedades que también ofrecen una respuesta a los retos planteados hasta ahora:

Centrándonos en el caso de uso de la Ciudad Inteligente, y atendiendo al análisis realizado en los párrafos anteriores, se proponen las siguientes áreas de trabajo y/o servicios que podrían beneficiarse directamente de la utilización de dispositivos de lógica reconfigurable. A saber:

[1] https://www.openfogconsortium.org/

[2] https://aws.amazon.com/ec2/instance-types/f1/

[3] http://research.microsoft.com/pubs/212001/Catapult_ISCA_2014.pdf

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