Błędy poprawiają jakość niektórych obwodów

W projektowaniu obwodów zwykle nie ma miejsca na błędy. Jednak nowe badania pokazują, że wprowadzenie kontrolowanej ilości błędów do prostego obwodu może podwoić jego prędkość, jednocześnie zmniejszając o połowę jego zużycie energii i rozmiar.

Tester błędów: Naukowiec z Rice University, Avinash Lingamneni, testuje prototypowe obwody, które są podatne na błędy, ale działają wydajnie.

Naukowcy stojący za pracami wykorzystują metodę projektowania do tworzenia aparatów słuchowych, które, jak mają nadzieję, będą miały znacznie dłuższą żywotność baterii. Metody te mogą również poprawić wydajność innych wyspecjalizowanych obwodów stosowanych w wyświetlaczach i kamerach.

Badacze kierowani przez Palma Kryszny , profesor informatyki na Rice University, zaprojektował algorytm, który modyfikuje projekt obwodu, aby uczynić go bardziej wydajnym, biorąc pod uwagę ustaloną liczbę błędów, które mogą być tolerowane. Naukowcy z laboratorium Palem zaprezentowali swoje wyniki w zeszłym tygodniu na konferencji DATE11 w Grenoble we Francji.

Dopuszczenie z góry określonej liczby błędów może prowadzić do znacznego wzrostu wydajności bez zauważalnego spadku wydajności. Dopóki błędy są wprowadzane w sposób kontrolowany, a najważniejsze części operacji są chronione przed błędami, małe błędy są tolerowane w wielu aplikacjach – na przykład w przetwarzaniu sygnałów dźwiękowych i graficznych. Pojedynczy taki błąd obliczeniowy może spowodować niewielkie, chwilowe zniekształcenie obrazu lub dźwięku, którego większość ludzi nie byłaby w stanie wykryć.

Obniżenie napięcia używanego przez obwód w celu zmniejszenia zużycia energii wprowadzi błędy. Gdy napięcie jest niższe, niektóre części obwodu działają wolniej niż pozostałe, co prowadzi do błędów. Informatycy stworzyli chipy, które zmieniają napięcie różnych części obwodu w locie. Ale te projekty są złożone i zwiększają rozmiar chipa.

Możesz myśleć o obwodzie jak o sieci dróg, mówi Palem. Gdy informacja przepływa przez obwód, na niektórych ścieżkach występuje duży ruch, a na innych prawie wcale. Algorytm grupy Rice analizuje obwód, aby zidentyfikować ścieżki, które można przyciąć, wprowadzając tylko dopuszczalne błędy. Przepuszczaliśmy pliki audio przez obwód i szukaliśmy stref wysokiej, średniej i niskiej aktywności w serii prób diagnostycznych, wyjaśnia Palem.

Następnie grupa Rice współpracowała z naukowcami ze Szwajcarskiego Centrum Elektroniki i Mikrotechnologii, aby wyprodukować i przetestować przycinane obwody. Odkryli, że nowy obwód działa dwa razy szybciej z połową energii i ma 8-procentową wielkość błędu. Dostajesz znacznie więcej, niż oddajesz, mówi Palem. Ta stopa błędów jest podstawą tego, co jest tolerowane w zadaniach percepcyjnych, takich jak wzrok i słuch.

Wcześniejsze prace nad dopuszczaniem błędów w projektowaniu obwodów nie były tak systematyczne, mówi Subhaszysz Mitrau , adiunkt elektrotechniki i informatyki na Uniwersytecie Stanforda. Zauważa jednak, że jak dotąd grupa Rice udowodniła metodę projektowania za pomocą bardzo prostego obwodu. Mitra spodziewa się, że wykonanie tego typu projektów z bardziej złożonymi systemami okaże się wyzwaniem.

Na przykład badacze chcieliby przedłużyć żywotność baterii w laptopach lub telefonach komórkowych przy użyciu tego rodzaju podejścia. Ale te urządzenia mają złożone mikroprocesory, składające się z wielu obwodów zintegrowanych z wieloma rdzeniami. Kiedy budujesz ogólny system, musisz upewnić się, że dodajesz wartość i że system jest odporny na błędy, mówi Mitra.

Palem ma nadzieję, że najpierw udowodni koncepcję obwodu przycinanego w prostym systemie: bloki cyfrowego przetwarzania sygnału w aparacie słuchowym. Jego grupa współpracuje z neurologami z Uniwersytetu Technologicznego Nanyang w Singapurze, którzy modelują ludzki słuch u badanych. Nie wiemy jeszcze, o jakie informacje ucho dba – mówi Palem. Za około sześć miesięcy zostaną przeprowadzone badania neurologiczne, a grupa Palem przekaże informacje o tolerancji błędów ludzkiego ucha w procesie projektowania obwodów. Mamy nadzieję, że do końca roku będziemy mieli projekt, mówi.

ukryć