La Fundación BBVA premia a los diseñadores de los procesadores de los dispositivos actuales

El Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en Tecnologías de la Información y la Comunicación ha sido concedido en su decimotercera edición a John Hennessy (Universidad de Stanford) y David Patterson (Universidad de California en Berkeley) por fundar como nueva área científica la arquitectura de ordenadores, la disciplina que diseña el ‘cerebro’ de todo sistema informático, su procesador central.

“Los profesores Hennessy y Patterson son sinónimo de la creación y formalización de la arquitectura de ordenadores”, señala el acta del jurado. “Antes de su trabajo, el diseño de los ordenadores –y en particular la medición de su rendimiento– era más un arte que una ciencia, y los profesionales carecían de principios aplicables a su conceptualización y evaluación. Patterson y Hennessy construyeron por primera vez un marco conceptual que aportó al campo un enfoque sólido para medir el rendimiento, la eficiencia energética y la complejidad de un ordenador”.

Las aportaciones científicas a la arquitectura de ordenadores de Hennessy y Patterson han tenido además una vertiente didáctica, plasmada en un libro de texto, Computer Architecture: A Quantitative Approach, que tres décadas después de su aparición se sigue considerando “la biblia” de la disciplina en las universidades de todo el planeta, habiendo alcanzado seis ediciones en las que se ha ido actualizando su contenido.

Hennessy y Patterson no solo han aportado contribuciones extraordinarias a la arquitectura de ordenadores como investigadores y educadores, proyectadas a varias generaciones de científicos de la computación a través de su actividad docente, sino que además han impulsado la innovación tecnológica y el desarrollo empresarial de sus ideas. Ambos galardonados crearon RISC, una arquitectura en la que se basa el diseño de los procesadores centrales y hoy está “en el corazón de prácticamente todos los servidores de centros de datos, ordenadores de mesa, portátiles, teléfonos inteligentes y ordenadores embebidos [en televisores, automóviles y dispositivos del Internet de las Cosas]”, según resalta el acta.

RISC, las siglas en inglés de ‘Ordenadores con Conjunto de Instrucciones Reducido’, fue desarrollada en los años ochenta basándose en un concepto que ambos galardonados defendían, y que Hennessy, contactado tras el fallo, ha resumido en la frase: “Cuanto más simple, más eficiente”. Se trataba de un principio del todo opuesto a los entonces imperantes entre los diseñadores de ordenadores, y fue precisamente este ir contra corriente lo que empujó a colaborar a los dos galardonados.

Para Patterson, un hilo conductor en el trabajo de ambos es el esfuerzo por aplicar un método sistemático y reproducible a su investigación. Así contribuyeron a la formalización del área de arquitectura de ordenadores, así crearon RISC y así escribieron su libro: “Diseñamos procesadores igual que diseñamos libros: haciendo experimentos y ensayando”, ha explicado por videoconferencia tras conocer el fallo del jurado, cuyos miembros han sido designados conjuntamente por la Fundación BBVA y el CSIC.

Prueba de su éxito es el hecho de que la tecnología RISC, y sus principios de máxima eficiencia, están hoy presente en el 99 % de los procesadores en todo tipo de sistemas, y hacen posible desde la ligereza de los portátiles a la larga duración de la batería de los teléfonos inteligentes. En cuanto a su libro de texto como instrumento que ha definido los pilares de una disciplina y que cumple un papel esencial en su transmisión, Hennessy ha asegurado que “una de las mayores alegrías de mi vida es comprobar que hay estudiantes de todo el mundo que aprecian nuestro trabajo”.

“El trabajo de Hennessy y Patterson ha tenido un impacto profundo y duradero”, concluye el acta. “Concibieron el campo científico de la arquitectura de ordenadores, impulsaron un enfoque sistemático y cuantitativo para el rendimiento de los sistemas, promovieron un tipo de procesadores con conjuntos de instrucciones reducidas que ha transformado la manera en que la industria construye ordenadores; y han logrado avances transformativos para la fiabilidad de los ordenadores y la coherencia de los sistemas a gran escala”.

De ‘arte oscuro’ a ciencia ‘al alcance de todos’

En los años ochenta, antes de la aportación de los galardonados, “cada compañía tenía su manera de diseñar procesadores, basada en la intuición de unos pocos expertos”, recuerda Ron Ho, director de Ingeniería de Silicio en Facebook y secretario del jurado. “Era como brujería, una serie de métodos difíciles de transmitir. Hennessy y Patterson cambiaron eso, crearon un marco, definieron parámetros que permitían comparar distintos sistemas en eficacia y rapidez. La arquitectura de ordenadores dejó de ser un arte oscuro para convertirse en ciencia, un conocimiento sistematizado que se puede transmitir. Democratizaron –pusieron al alcance de todos– el conocimiento necesario para el diseño de ordenadores”.

Ambos premiados han rememorado el esfuerzo de poner negro sobre blanco los fundamentos de la disciplina: “Tanto John como yo éramos profesores, y nos encanta enseñar. Decidimos escribir un libro porque nos frustraba que ninguno de los que había nos ayudaba a transmitir a nuestros alumnos lo que sabíamos”, recuerda Patterson.

Hennessy, por su parte, añade: “La arquitectura de ordenadores se enseñaba en las universidades de forma descriptiva. Era como si estuvieras visitando un museo como el Prado, admirando obras individuales. No nos gustaba nada este enfoque, queríamos algo basado en mediciones importantes, como el rendimiento y el coste. Así que empezamos a escribir con este objetivo, para que el campo adquiriese un enfoque científico y de ingeniería, en vez de uno basado en meras descripciones. Han pasado 30 años y el libro está disponible en una docena de idiomas, lo utilizan cientos de miles de alumnos en todo el mundo”.

Lo simple es eficaz

El procesador RISC, nacido a principios de los ochenta, también es fruto de un cambio conceptual. Los diseñadores de ordenadores de la época asumían que el procesador sería más rápido si tenía que ejecutar pocas instrucciones, por complejas que fueran. Hennessy y Patterson demostraron con su prototipo RISC que si el procesador ejecutaba más instrucciones, pero más simples, los programas de ordenador se ejecutarían mucho más velozmente.

“RISC tiene que ver sobre todo con la eficiencia”, explica Hennessy. “La idea clave es: lo más simple es lo más eficaz. Piensa en un ensayo literario con palabras muy complejas y oraciones rebuscadas. Es muy difícil leerlo rápido. En cambio, un ensayo con términos sencillos se lee rápidamente. Esto es lo que consigue RISC: utiliza palabras muy simples que se ejecutan rápido. Esto nos permitió lograr un avance rompedor en el rendimiento de los ordenadores, que hoy ha conseguido grandes ventajas en cuanto a la eficiencia y el uso de la energía”.

Del rechazo inicial al uso en casi todos los dispositivos

Los buenos resultados de RISC, sin embargo, inicialmente no bastaron para convencer a la comunidad. “Era una tecnología demasiado disruptiva, contraintuitiva: si haces las cosas más sencillas, el ordenador irá más rápido”, recuerda Hennessy. Patterson coincide: “Al principio, RISC era increíblemente controvertido. John y yo nos encontrábamos solos en un lado del debate. Pero años después esto se invirtió. Identificamos las fórmulas que explicaban por qué RISC era más eficiente, y esto llevó a la creación de startups. John creó su propia compañía [MIPS Technologies] y yo colaboré con una ya existente [Sun Microsystems], que llevaron productos de gran éxito al mercado. Esto cambió la opinión de la comunidad”.

La aparición en la última década de dispositivos a la vez más diminutos y potentes, como los smartphones y las tabletas, hizo aún más evidentes las ventajas de la tecnología RISC. Más eficiencia energética se traduce en mayor duración de batería y menor coste económico. 

Más allá de su trabajo conjunto para formalizar la arquitectura de computadores y diseñar la tecnología RISC, el jurado ha destacado también que ambos galardonados han contribuido otras innovaciones duraderas. Patterson “creó un campo de estudio en torno a la fiabilidad de los ordenadores”, destaca el acta, mientras que Hennessy “trabajó en el desarrollo de sistemas distribuidos de multiprocesadores de memoria compartida”. En conjunto, el jurado considera que estas ideas han sentado las bases para los centros de datos modernos, las bases de datos y también los motores de búsqueda de internet. Todos estos sistemas y herramientas requieren del soporte continuo de ordenadores de gran escala altamente fiables, que no se podían haber desarrollado sin los multiprocesadores creados, a su vez, con el concurso de la visión innovadora de los dos galardonados.

Una nueva ‘edad de oro’ para los arquitectos de ordenadores

La carrera hacia una miniaturización aún mayor de los procesadores no ha terminado, y eso implica, para los galardonados, que los desafíos para la arquitectura de ordenadores serán todavía mayores a corto plazo.

“La Ley de Moore [el número de transistores en un procesador se duplica aproximadamente cada dos años] ha impulsado la tecnología para construir ordenadores cada vez más eficientes, pero está llegando a su fin”, señala Patterson. “Sin embargo, la gente sigue queriendo ordenadores mucho más rápidos. Esto significa que los arquitectos de ordenadores van a tener que averiguar cómo diseñar ordenadores que no contarán con transistores superiores, pero aun así mejorarán su rendimiento. El campo puede alcanzar una nueva ‘edad de oro’”. 

Hennessy, por su parte, considera que uno de los mayores retos actuales para la disciplina lo impone el auge de la inteligencia artificial (IA): “La demanda para el rendimiento de la IA está aumentando de forma espectacular, tendremos que replantearnos cómo diseñar ordenadores para que hagan tareas altamente complejas, como el aprendizaje automático, de manera eficiente. Esto traerá innovaciones emocionantes, y representa una gran oportunidad para que la gente joven haga aportaciones realmente importantes”.