211service.com
Fejl gør nogle kredsløb bedre
Kredsløbsdesign er normalt ikke plads til fejl. Men ny forskning viser, at indførelsen af en kontrolleret mængde fejl i et simpelt kredsløb kan fordoble dets hastighed, samtidig med at dets energiforbrug og størrelse halveres.
Fejl tester: Rice University-forsker Avinash Lingamneni tester prototypekredsløb, der er tilbøjelige til at fejle, men fungerer effektivt.
Forskerne bag arbejdet bruger designmetoden til at skabe høreapparater, som de håber vil have meget længere batterilevetid. Metoderne kunne også forbedre effektiviteten af andre specialiserede kredsløb, der bruges i skærme og kameraer.
Forskere ledet af Krishna Palm , en professor i computing ved Rice University, har designet en algoritme, der ændrer et kredsløbs design for at gøre det mere effektivt, givet en fast hastighed af fejl, der kan tolereres. Forskere fra Palems laboratorium præsenterede arbejdet i sidste uge på DATE11-konferencen i Grenoble, Frankrig.
Hvis der tages højde for en forudbestemt fejlrate, kan det føre til store effektivitetsgevinster uden et mærkbart fald i ydeevnen. Så længe fejlene introduceres på en kontrolleret måde, og de vigtigste dele af en operation er beskyttet mod fejl, er små fejl tolerable i mange applikationer – for eksempel i lyd- og grafisk signalbehandling. En enkelt sådan beregningsfejl kan resultere i en lille, øjeblikkelig forvrængning i et billede eller lyd, som de fleste mennesker ikke ville være i stand til at opdage.
Sænkning af spændingen et kredsløb bruger for at reducere strømforbruget vil introducere fejl. Når spændingen er lavere, kører nogle dele af et kredsløb langsommere end resten, hvilket fører til fejl. Dataloger har lavet chips, der varierer spændingen i forskellige dele af kredsløbet i farten. Men disse designs er komplekse og øger størrelsen af en chip.
Man kan tænke på et kredsløb som et netværk af veje, siger Palem. Når information strømmer gennem et kredsløb, har nogle stier tung trafik, nogle næsten ingen. Rice-gruppens algoritme analyserer et kredsløb for at identificere stier, der kan beskæres, mens de kun introducerer tolerable fejl. Vi kørte lydfiler gennem kredsløbet og ledte efter zoner med høj, medium og lav aktivitet over en række diagnostiske forsøg, forklarer Palem.
Rice-gruppen samarbejdede derefter med forskere ved Schweiz Center for Electronics and Microtechnology for at fremstille og teste de beskårne kredsløb. De fandt ud af, at det nye kredsløb kører dobbelt så hurtigt på halvdelen af energien og havde en fejlstørrelse på 8 procent. Man får meget mere tilbage, end man giver væk, siger Palem. Denne fejlrate er i bunden af, hvad der er acceptabelt for perceptuelle opgaver såsom syn og hørelse.
Tidligere arbejde med at tillade fejl i kredsløbsdesign har ikke været så systematisk, siger Subhasish Mitra , assisterende professor i elektroteknik og datalogi ved Stanford University. Han bemærker dog, at Rice-gruppen indtil videre har bevist designmetoden med et meget simpelt kredsløb. Mitra forventer, at det vil være en udfordring at lave denne type design med mere komplekse systemer.
For eksempel ville forskere elske at forlænge batterilevetiden i bærbare computere eller mobiltelefoner ved at bruge denne type tilgang. Men disse enheder har komplekse mikroprocessorer, der består af mange kredsløb integreret i mange kerner. Når du bygger et samlet system, skal du sikre dig, at du tilføjer værdi, og at systemet er robust til at modstå fejlene, siger Mitra.
Palem håber først at bevise det beskårne kredsløbskoncept i et simpelt system: de digitale signalbehandlingsblokke i et høreapparat. Hans gruppe arbejder sammen med neuroforskere ved Nanyang Technological University i Singapore, som modellerer menneskelig hørelse hos testpersoner. Vi ved endnu ikke, hvilke oplysninger øret bekymrer sig om, siger Palem. Om cirka seks måneder vil de neurovidenskabelige undersøgelser blive udført, og Palems gruppe vil føre information om det menneskelige øres fejltolerance ind i kredsløbsdesignprocessen. Vi håber at have et design inden udgangen af året, siger han.