211service.com
Fel gör vissa kretsar bättre
Kretsdesign är vanligtvis ingen plats för misstag. Men ny forskning visar att införandet av en kontrollerad mängd fel i en enkel krets kan fördubbla hastigheten samtidigt som energiförbrukningen och storleken halveras.
Feltestare: Rice University-forskaren Avinash Lingamneni testar prototypkretsar som är benägna att fel men fungerar effektivt.
Forskarna bakom arbetet använder designmetoden för att skapa hörapparater som de hoppas ska ha mycket längre batteritid. Metoderna skulle också kunna förbättra effektiviteten hos andra specialiserade kretsar som används i bildskärmar och kameror.
Forskare under ledning av Krishna Palm , en professor i datoranvändning vid Rice University, har designat en algoritm som modifierar en krets design för att göra den mer effektiv, med tanke på en fast frekvens av fel som kan tolereras. Forskare från Palems labb presenterade arbetet förra veckan vid DATE11-konferensen i Grenoble, Frankrike.
Att ta hänsyn till en förutbestämd felfrekvens kan leda till stora effektivitetsvinster utan en märkbar nedgång i prestanda. Så länge som felen introduceras på ett kontrollerat sätt, och de viktigaste delarna av en operation är skyddade från fel, är små fel acceptabla i många applikationer – till exempel vid audio- och grafisk signalbehandling. Ett enda sådant beräkningsfel kan resultera i en liten, momentan förvrängning i en bild eller ett ljud som de flesta inte skulle kunna upptäcka.
Att sänka spänningen som en krets använder för att minska strömförbrukningen kommer att skapa fel. När spänningen är lägre går vissa delar av en krets långsammare än resten, vilket leder till misstag. Datavetare har gjort chips som varierar spänningen i olika delar av kretsen i farten. Men dessa konstruktioner är komplexa och ökar storleken på ett chip.
Man kan tänka sig en krets som ett nätverk av vägar, säger Palem. När information flödar genom en krets har vissa vägar tung trafik, andra knappt någon. Rice-gruppens algoritm analyserar en krets för att identifiera vägar som kan beskäras, samtidigt som den bara introducerar acceptabla fel. Vi körde ljudfiler genom kretsen och letade efter zoner med hög, medel och låg aktivitet under en serie diagnostiska försök, förklarar Palem.
Rice-gruppen samarbetade sedan med forskare vid Switzerland Center for Electronics and Microtechnology för att tillverka och testa de beskurna kretsarna. De fann att den nya kretsen går dubbelt så snabbt på hälften av energin och hade en felstorlek på 8 procent. Man får mycket mer tillbaka än man ger bort, säger Palem. Den här felfrekvensen ligger i nivå med vad som är acceptabelt för perceptuella uppgifter som syn och hörsel.
Tidigare arbete med att tillåta fel i kretsdesign har inte varit så systematiskt, säger Subhasish Mitra , biträdande professor i elektroteknik och datavetenskap vid Stanford University. Han noterar dock att Rice-gruppen hittills har bevisat designmetoden med en mycket enkel krets. Mitra förväntar sig att det kommer att bli en utmaning att göra denna typ av design med mer komplexa system.
Till exempel skulle forskare älska att förlänga batteritiden i bärbara datorer eller mobiltelefoner med den här typen av tillvägagångssätt. Men dessa enheter har komplexa mikroprocessorer, som består av många kretsar integrerade i många kärnor. När du bygger ett övergripande system måste du se till att du tillför värde och att systemet är robust för att motstå felen, säger Mitra.
Palem hoppas kunna bevisa konceptet med beskärda kretsar i ett enkelt system först: de digitala signalbearbetningsblocken i en hörapparat. Hans grupp arbetar med neuroforskare vid Nanyang Technological University i Singapore som modellerar mänsklig hörsel hos testpersoner. Vi vet inte ännu vilken information örat bryr sig om, säger Palem. Om ungefär sex månader kommer neurovetenskapliga studier att göras och Palems grupp kommer att mata in information om det mänskliga örats feltolerans i kretsdesignprocessen. Vi hoppas ha en design i slutet av året, säger han.