211service.com
Intel Prototyper lågeffektkretsar
Ju mindre en kiseltransistor blir, desto fler elektroner läcker den. Det kan innebära opålitliga, batteritömmande chips. Forskare vid Intel har kommit på ett sätt att hantera problemet som undergräver branschens starka preferens för precision. Företagets prototypchip fungerar i ett lågeffekts men felbenäget läge, men det upptäcker och korrigerar sina fel. Detta tillvägagångssätt, har forskare funnit, sparar 37 procent på ström jämfört med att köra i konventionellt läge utan prestandaförlust.
Felkorrigering: Detta prototypchip som testas på Intel Labs innehåller felkorrigeringskretsar som låter det köras vid låga spänningar för att spara ström.
Ett sätt att säkerställa bättre prestanda, även när transistorer blir mindre och läckare, är att driva dem på en relativt hög spänning hela tiden. De flesta mikroprocessorer idag är designade för att köras på en nivå som representerar ett slags värsta tänkbara scenario, säger man Wen-Hann Wang , chef för kretsar och systemforskning på Intel och vice VD för Intel Labs i Hillsboro, OR. Men det är sällsynt att en användare gör så många saker samtidigt – till exempel spelar ett grafikrikt spel, laddar upp video till Facebook och surfar på webben – att mikroprocessorn måste köras i sitt högsta intervall.
Och designstrategin med hög spänning och hög prestanda håller på att bli ett problem för mobila enheter, där batteritiden är viktig. Ett sätt att förlänga batteritiden är att köra chippet på en lägre spänning, men det leder till fel.
När en krets arbetar med låg spänning blir systemet bullrigt, säger Wang. Kretsar som körs med låg spänning är särskilt känsliga för variationer i temperatur och för ett fenomen som kallas spänningsfall: att köra en låg nivå av elektrisk ström genom miljarder transistorer samtidigt är som att ta en dusch medan tvätt- och diskmaskinen är igång. Precis som denna tunga vattenanvändning kan orsaka ett fall i vattentrycket, kan många operationer med låg spänning orsaka plötsliga strömfall genom en enskild transistor, och detta kan leda till fel. En annan felkälla som blir mer av ett problem vid låga spänningar är inkonsekvenser som uppstår när ett chip åldras.
Dessa fel är sällsynta, men betydande. Till exempel kan de leda till att en bild fryser när den renderas, vilket tvingar användaren att starta om processen. För att klara av de fel som uppstår när man kör på låg spänning utvecklar Intel en strategi som företaget kallar elastiska kretsar. Du vet inte hur saker och ting kommer att variera och i vilka kretsar fel kommer att hända, säger Wang. Men om du inte oroar dig för det kommer det att vara okej för det mesta.
Företagets prototypchip är baserat på 45-nanometertransistorerna i sina produkter idag, men det innehåller fjädrande kretsar. Chipet körs med låg spänning, och när en feldetekteringskrets upptäcker ett problem görs beräkningen om vid hög spänning för att rätta till det. När du måste korrigera ett fel, och köra om en process långsammare, är det en liten påföljd, säger Wang. Men totalt sett får du en enorm avkastning. Tester i labbet har visat att chippet antingen kan spara 37 procent på strömförbrukningen, eller fungera 21 procent snabbare vid en given effektnivå.
De trycker den så nära farozonen som de kan, och ibland går det dåligt, och de korrigerar för det, vilket är väldigt smart, säger Krishna Palm , professor i databehandling vid Rice University i Houston. Antalet gånger du gör det borde vara få och långt emellan. Den här strategin har utvecklats av matematiker i decennier, men Palem säger att Intel verkar vara det enda företaget som testar kretsar som fungerar enligt dessa principer i samband med en produkt. Palem utvecklar datorstrategier med låg spänning och låg effekt som är ännu mer laissez-faire om fel. Vissa av dessa fel, om de görs i beräkningar som inte är kritiska (som en beräkning som orsakar en oupptäckbar förvrängning i en bild men inte fryser den), behöver inte korrigeras. Palem tror att en kombination av hans teknik med Intels fjädrande kretsar kan hjälpa chips att spara ännu mer ström.
Intel vill inte avslöja när de kommer att införliva fjädrande kretsar i sina produkter. Dess nästa generation av mobila processorer, som kommer ut på marknaden om några månader och som är baserade på 45-nanometer transistorer, kommer inte att använda denna feldetekteringsstrategi. Men felgenererande läckage blir mer av ett problem när transistorer krymper, så något som kretsfjädring kan bli en nödvändighet under de närmaste åren. Det kommer verkligen att börja synas på 20 nanometersnivån, säger Palem.