211service.com
Intel-prototyper laveffektkredsløb
Jo mindre en siliciumtransistor bliver, jo flere elektroner lækker den. Det kan betyde upålidelige, batteridrænende chips. Forskere hos Intel har fundet på en måde at håndtere problemet på, som undergraver industriens stærke præference for præcision. Virksomhedens prototype-chip fungerer i en laveffekt, men fejltilbøjelig tilstand, men den registrerer og retter dens fejl. Denne tilgang, har forskere fundet, sparer 37 procent på strøm sammenlignet med at køre i konventionel tilstand uden tab af ydeevne.
Fejlretting: Denne prototype-chip, der testes hos Intel Labs, indeholder fejlkorrektionskredsløb, der lader den køre ved lave spændinger for at spare strøm.
En måde at sikre bedre ydeevne på, selvom transistorer bliver mindre og mere utætte, er at betjene dem ved en relativt høj spænding hele tiden. De fleste mikroprocessorer i dag er designet til at køre på et niveau, der repræsenterer en slags worst-case scenario, siger Wen-Hann Wang , direktør for kredsløbs- og systemforskning hos Intel og vicepræsident for Intel Labs i Hillsboro, OR. Men det er sjældent, at en bruger gør så mange ting på én gang – f.eks. spiller et grafikrigt spil, uploader video til Facebook og surfer på nettet – at mikroprocessoren skal køre i sit højeste område.
Og højspændings- og højtydende designstrategi er ved at blive et problem for mobile enheder, hvor batterilevetiden er vigtig. En måde at forlænge batteriets levetid på er at køre chippen ved en lavere spænding, men det fører til fejl.
Når et kredsløb fungerer ved lav spænding, bliver systemet støjende, siger Wang. Kredsløb, der kører ved lave spændinger, er særligt sårbare over for variationer i temperatur og over for et fænomen kaldet voltage droop: At køre et lavt niveau af elektrisk strøm gennem milliarder af transistorer på samme tid er som at tage et brusebad, mens vaskemaskinen og opvaskemaskinen kører. Ligesom dette tunge vandforbrug kan forårsage et fald i vandtrykket, kan mange operationer ved lav spænding forårsage pludselige strømfald gennem en individuel transistor, og dette kan føre til fejl. En anden kilde til fejl, der bliver mere et problem ved lave spændinger, er uoverensstemmelser, der opstår, efterhånden som en chip ældes.
Disse fejl er sjældne, men væsentlige. For eksempel kan de få et billede til at fryse, mens det bliver gengivet, hvilket tvinger brugeren til at genstarte processen. For at klare de fejl, der opstår, når de kører ved lav spænding, udvikler Intel en strategi, som virksomheden kalder elastiske kredsløb. Du ved ikke, hvordan tingene vil variere, og i hvilke kredsløb der vil ske fejl, siger Wang. Men hvis du ikke bekymrer dig om det, vil det være okay det meste af tiden.
Virksomhedens prototype-chip er baseret på 45-nanometer-transistorerne i dets produkter i dag, men den inkorporerer elastiske kredsløb. Chippen køres ved lav spænding, og når et fejldetektionskredsløb registrerer et problem, laves beregningen om ved højspænding for at rette op på det. Når man skal rette en fejl og genudføre en proces langsommere, er der en lillebitte straf, siger Wang. Men samlet set får du et kæmpe afkast. Tests i laboratoriet har vist, at chippen enten kan spare 37 procent på strømforbruget eller fungere 21 procent hurtigere ved et givet strømniveau.
De skubber det så tæt på farezonen, som de kan, og nogle gange går det dårligt, og de korrigerer for det, hvilket er meget smart, siger Krishna Palm , professor i databehandling ved Rice University i Houston. Antallet af gange, du gør det, burde være få og langt imellem. Denne strategi er blevet udviklet af matematikere i årtier, men Palem siger, at Intel ser ud til at være det eneste firma, der tester kredsløb, der fungerer efter disse principper i forbindelse med et produkt. Palem udvikler computerstrategier med lav spænding og lav effekt, der er endnu mere laissez-faire om fejl. Nogle af disse fejl, hvis de er lavet i beregninger, der ikke er kritiske (såsom en beregning, der forårsager en uopdagelig forvrængning i et billede, men ikke fryser det), behøver ikke at blive rettet. Palem mener, at en kombination af hans teknik med Intels elastiske kredsløb kan hjælpe chips med at spare endnu mere strøm.
Intel vil ikke oplyse, hvornår de vil inkorporere elastiske kredsløb i sine produkter. Dens næste generation af mobile processorer, som kommer på markedet om et par måneder, og som er baseret på 45-nanometer transistorer, vil ikke bruge denne fejldetektionsstrategi. Men fejlgenererende lækage bliver mere af et problem, efterhånden som transistorer krymper, så noget som kredsløbsspænding kan blive en nødvendighed i de næste par år. Det vil virkelig begynde at vise sig på 20 nanometer niveau, siger Palem.