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Processori specifici per app per combattere il silicio scuro
Un processore inciso con circuiti su misura per le app più utilizzate sui telefoni Android potrebbe aiutare a prolungare la durata della batteria dei dispositivi. I ricercatori dell'Università della California, San Diego, hanno creato un software che esegue la scansione del sistema operativo e una raccolta delle app più popolari e quindi genera un design del processore su misura per le loro esigenze. Il risultato può essere 11 volte più efficiente del tipico chip per smartphone generico di oggi, afferma Michael Taylor, che guida il GreenDroid progetto con il collega Steven Swanson.
Vivere più a lungo: I microprocessori progettati attorno alle app più utilizzate potrebbero rendere gli smartphone più efficienti dal punto di vista energetico.
Il design dei chip per i telefoni cellulari deve essere ripensato per due motivi, afferma Taylor. Uno è migliorare il loro uso dell'energia limitata disponibile per un telefono, e l'altro è attaccare un problema chiamato silicio scuro, che è destinato a rendere i progetti di chip convenzionali ancora meno efficienti.
Il silicio scuro è una parte di un microchip che non viene utilizzata. Sebbene oggi non sia comune, si prevede che il silicio scuro diventi necessario tra due o tre anni, perché gli ingegneri non saranno in grado di ridurre ulteriormente le tensioni operative dei chip per compensare l'aumento del consumo energetico e il calore disperso prodotto da chip più piccoli e più veloci.
Il funzionamento di transistor restringenti con tensioni inferiori era tradizionalmente la valvola di sfogo che consentiva una maggiore potenza di calcolo senza una maggiore produzione di calore, afferma Taylor, ma ora non c'è posto dove andare. Le tensioni di esercizio si sono avvicinate a un limite fondamentale al quale i transistor cessano di funzionare praticamente. Ciò significa che presto, poiché i transistor continueranno a ridursi, ogni generazione di chip sarà meno efficiente di quella precedente, afferma. Se continuassi a usare tutto il chip, ogni generazione genererebbe il doppio del calore di quella precedente. Per mantenere costante il consumo di energia, sarà necessario accendere solo determinate parti di un chip alla volta.
Il design GreenDroid di Taylor e Swanson evita questo circondando il core principale di un processore, la parte di un chip che esegue le istruzioni, con 120 più piccoli che si occupano ciascuno di un pezzo di codice spesso necessario dalle app più utilizzate su un telefono. I circuiti di ciascun core imitano da vicino la struttura del codice su cui si basano, rendendoli fino a 10.000 volte più efficienti di un core di processore generico che esegue lo stesso compito. Se riempi il chip con core altamente specializzati, la frazione del chip che si accende in una volta può essere la più efficiente dal punto di vista energetico per quel particolare compito, dice Taylor.
Invece di tradurre manualmente il codice sorgente nei core del processore, il team UCSD ha sviluppato un software per farlo. Registrano le richieste computazionali del sistema operativo Android durante l'esecuzione di app popolari per e-mail, mappe, video e il servizio radio Web Pandora, tra gli altri, e da tali informazioni il software genera il design del chip GreenDroid.
Poiché circa il 70% di quel codice è condiviso tra più app o parti del sistema operativo, i core specializzati di un GreenDroid possono gestire gran parte del lavoro più dispendioso di energia di un telefono. Le simulazioni dettagliate di un processore GreenDroid completo ne dimostrano l'efficienza superiore, afferma Taylor. Stiamo inviando il primo progetto per essere fabbricato a giugno e abbiamo progettato una scheda in modo da poterla collegare, installare Android e app e quindi confrontare i progetti convenzionali, afferma.
Avere un processore personalizzato fabbricato è estremamente costoso e raro nel mondo accademico. Il chip utilizzerà transistor più piccoli di quelli attualmente sul mercato, con dimensioni delle caratteristiche di appena 28 nanometri. I processori con caratteristiche a 32 nanometri hanno raggiunto il mercato solo di recente, ed è nella prossima generazione, a 22 nanometri, che il silicio scuro dovrebbe diventare una seria sfida.
Squadriglia Kevin , un professore dell'Università della Virginia, afferma che la strategia UCSD si adatta bene agli smartphone, perché le app sono strettamente integrate con il sistema operativo di uno smartphone. È saggio prendere di mira Android, dice, perché su un telefono il sistema operativo è responsabile di un'enorme quantità di lavoro svolto dal processore. Ciò significa che ogni utente di ogni telefono trarrà vantaggio dai propri core specializzati. Ci si può aspettare che i telefoni con processori in stile GreenDroid durino più a lungo dei telefoni convenzionali con la stessa batteria o che abbiano la stessa durata con un design più elegante, afferma.
Tuttavia, l'hardware specializzato di questo approccio presenta degli svantaggi che lo rendono meno utile per i dispositivi non mobili, afferma Skadron. È più impegnativo con un PC o un server, perché il sistema operativo ha meno effetto su ciò che fa il processore. Le applicazioni in più sono le più importanti e variano molto di più tra gli utenti.
Questo inconveniente della specializzazione potrebbe riguardare anche i telefoni, ad esempio se emergono nuove app diverse da quelle utilizzate per generare un design GreenDroid. Per i telefoni cellulari, non siamo troppo preoccupati, perché le persone li sostituiscono così rapidamente, afferma Taylor. E poiché gli aggiornamenti alle app e ai sistemi operativi tendono ad essere evolutivi piuttosto che rivoluzionari, afferma, è improbabile che molti dei core specializzati di un chip GreenDroid diventino completamente inutili durante la breve vita di uno smartphone. Taylor e Swanson hanno aggiunto funzionalità al loro design che consentono di modificare leggermente i core di conservazione per adattarli al nuovo codice, ma alcuni aggiornamenti saranno troppo grandi per questo. Se ciò accade, il tuo telefono non smetterà di funzionare, ma la sua efficienza energetica diminuirà, afferma Taylor, osservando che questa prospettiva probabilmente non disturberebbe comunque troppo i produttori.