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Gli errori migliorano alcuni circuiti
La progettazione del circuito di solito non è luogo per errori. Ma una nuova ricerca mostra che l'introduzione di una quantità controllata di errori in un circuito semplice può raddoppiarne la velocità dimezzando il consumo energetico e le dimensioni.
Tester di errore: Il ricercatore della Rice University Avinash Lingamneni testa circuiti prototipo che sono soggetti a errori ma funzionano in modo efficiente.
I ricercatori dietro il lavoro stanno usando il metodo di progettazione per creare apparecchi acustici che sperano avranno una durata della batteria molto più lunga. I metodi potrebbero anche migliorare l'efficienza di altri circuiti specializzati utilizzati nei display e nelle fotocamere.
Ricercatori guidati da Krishna Palm , professore di informatica alla Rice University, hanno progettato un algoritmo che modifica il design di un circuito per renderlo più efficiente, dato un determinato tasso di errori che può essere tollerato. I ricercatori del laboratorio di Palem hanno presentato il lavoro la scorsa settimana alla conferenza DATE11 a Grenoble, in Francia.
Consentire un tasso di errori predeterminato può portare a notevoli guadagni di efficienza senza un notevole calo delle prestazioni. Finché gli errori vengono introdotti in modo controllato e le parti più importanti di un'operazione sono protette dall'errore, piccoli errori sono tollerabili in molte applicazioni, ad esempio nell'elaborazione del segnale audio e grafico. Un singolo errore di calcolo di questo tipo potrebbe causare una piccola distorsione momentanea in un'immagine o in un suono che la maggior parte delle persone non sarebbe in grado di rilevare.
Abbassare la tensione utilizzata da un circuito per ridurre il consumo di energia introdurrà errori. Quando la tensione è inferiore, alcune parti di un circuito funzionano più lentamente delle altre, causando errori. Gli informatici hanno realizzato chip che variano al volo la tensione di diverse parti del circuito. Ma questi progetti sono complessi e aumentano le dimensioni di un chip.
Puoi pensare a un circuito come a una rete di strade, afferma Palem. Poiché le informazioni fluiscono attraverso un circuito, alcuni percorsi sono caratterizzati da un traffico intenso, altri quasi del tutto. L'algoritmo del gruppo Rice analizza un circuito per identificare percorsi che possono essere potati, introducendo solo errori tollerabili. Abbiamo eseguito i file audio attraverso il circuito e cercato zone di attività alta, media e bassa in una serie di prove diagnostiche, spiega Palem.
Il gruppo Rice ha quindi collaborato con i ricercatori del Centro svizzero per l'elettronica e la microtecnologia per fabbricare e testare i circuiti potati. Hanno scoperto che il nuovo circuito funziona due volte più velocemente con metà dell'energia e ha un errore di magnitudo dell'8%. Ottieni molto di più in cambio di quello che dai via, dice Palem. Questo tasso di errore è nel campo di ciò che è tollerabile per compiti percettivi come la vista e l'udito.
Il lavoro precedente sulla possibilità di errori nella progettazione dei circuiti non è stato così sistematico, afferma Subhasish Mitra , assistente professore di ingegneria elettrica e informatica presso la Stanford University. Nota, tuttavia, che finora il gruppo Rice ha dimostrato il metodo di progettazione con un circuito molto semplice. Mitra prevede che realizzare questo tipo di progettazione con sistemi più complessi si rivelerà una sfida.
Ad esempio, i ricercatori vorrebbero prolungare la durata della batteria di laptop o telefoni cellulari utilizzando questo tipo di approccio. Ma questi dispositivi hanno microprocessori complessi, costituiti da molti circuiti integrati in molti core. Quando crei un sistema complessivo, devi assicurarti di aggiungere valore e che il sistema sia robusto per resistere agli errori, afferma Mitra.
Palem spera di provare prima il concetto di circuito potato in un sistema semplice: i blocchi di elaborazione del segnale digitale di un apparecchio acustico. Il suo gruppo sta lavorando con neuroscienziati presso la Nanyang Technological University di Singapore che stanno modellando l'udito umano nei soggetti di prova. Non sappiamo ancora a quali informazioni interessa l'orecchio, dice Palem. In circa sei mesi, gli studi sulle neuroscienze saranno completati e il gruppo di Palem inserirà informazioni sulla tolleranza agli errori dell'orecchio umano nel processo di progettazione del circuito. Speriamo di avere un design entro la fine dell'anno, dice.