Вернуться на все новости от 26 февраля 2009 г.

Вероятностная логика экологичнее булевой

Мобильные компьютерные устройства, требующие сегодня подзарядки раз в день, в перспективе смогут непрерывно работать от батареи в течение месяца. Произойдет это благодаря новой микросхеме, которая потребляет в 30 раз меньше электроэнергии и обрабатывает данные в семь раз быстрее по сравнению с существующими сегодня чипами за счет реализации логики, допускающей ошибки в вычислениях.

Мобильные компьютерные устройства, требующие сегодня подзарядки раз в день, в перспективе смогут непрерывно работать от батареи в течение месяца. Произойдет это благодаря новой микросхеме, которая потребляет в 30 раз меньше электроэнергии и обрабатывает данные в семь раз быстрее по сравнению с существующими сегодня чипами за счет реализации логики, допускающей ошибки в вычислениях.

Такое сочетание свойств делает подобные чипы идеальными для устройств, работающих от батареи и не требующих стопроцентной точности, отмечают сотрудники университета Райса, принимавшие участие в создании данной технологии.

К примеру, при передаче потокового видео на сотовый телефон, оснащенный подобной специализированной интегральной схемой (ASIC), благодаря ее низкому энергопотреблению продлевается время непрерывной работы от батарей. Учитывая малые размеры и низкое разрешение дисплея сотового телефона - а также способность человеческого мозга самостоятельно заполнять пробелы в информации, выдаваемой на экран, - можно говорить о том, что качество изображения оказывается вполне приемлемым.

Снижение энергопотребления в 30 раз означает, что устройства, которые сегодня приходится заряжать каждый день, смогут работать без подзарядки целый месяц.

Технология вероятностных комплементарных металлоксидных полупроводников (Probabilistic Complementary Metal-Oxide Semiconductor, PCMOS) была разработана командой под руководством профессора университета Райса Кришны Палема и профессора Технологического университета Наньянга Йео Киат Сенга. Новые чипы были представлены на недавней конференции International Solid-State Circuits Conference, прошедшей в середине февраля в Сан-Франциско.

По мере уменьшения размеров кремниевые транзисторы становятся все более шумными. Поэтому вместо булевой логики, характерной для традиционных микросхем, в данном случае применяется логика вероятностная, которая гораздо менее чувствительна к электрическому шуму, нарастающему по мере уменьшения размеров чипа. Традиционный подход предусматривает увеличение электрической мощности, пропускаемой через компактную микросхему, с тем чтобы сигнал мог перекрыть шум. Чипы PCMOS потребляют значительно меньше энергии, а вероятностная логика учитывает ошибки, возникающие в результате смешения сигнала и шума.

Как правило, микросхемы ASIC служат для решения специализированных задач -- роль центрального процессора портативного компьютера им отводится довольно редко. Они используются, например, в видеоплатах, медицинских сканерах и электронных игрушках. Кроме того, подобные интегральные схемы широко применяются в шифровании, генерируя псевдослучайные числа, которые нужны для работы кодовых алгоритмов.

Наша цель -- сделать электронику экологически чистой, -- пояснил Палем. -- Сегодня мы ищем приложения, для которых технология PCMOS подошла бы не хуже, а, может быть, даже лучше, чем существующие решения, и при этом потреблялась бы лишь малая часть привычного объема электроэнергии.

Благодаря PCMOS оказывается возможным гибкое изменение соотношения сигнала и шума, а управление этим параметром позволяет добиться существенной экономии энергии, -- подчеркнул Киат Сенг. -- Успех данного проекта обусловлен преимуществами нового поколения недорогих для потребителей и экологически чистых информационных технологий. Киат Сенг возглавляет в Технологическом университете Наньянга подразделение электронных схем и систем, а также школу проектирования электрических и электронных устройств.

Исследователи рассчитывают создать новое поколение вероятностной наноэлектроники, которая нашла бы применение в сфере мультимедиа, биомедицины и в потребительском секторе. По прогнозам участников проекта, технология PCMOS появится в коммерчески доступных системах примерно через четыре года и будет применяться параллельно с традиционной полупроводниковой технологией.

Финансирование исследований и разработки PCMOS осуществлялось DARPA, агентством перспективных оборонных исследований Министерства обороны США и корпорацией Intel.