Учёные показали выгоду от микросхем с ошибками

Микросхемы, допускающие в вычислениях ошибки, могут работать в чём-то даже лучше идеальных. Таков парадоксальный вывод исследования, проведённого командой специалистов из США и Швейцарии.

Один из авторов необычной схемы Авинаш Лингамнени (Avinash Lingamneni) проверяет её работу (фото Rice University).

Эксперимент с ошибающейся микросхемой провели учёные из университета Райса (Rice University) и Швейцарского центра электроники и микротехнологии (CSEM). Они разработали алгоритм, позволяющий радикально перекроить какую-либо микросхему, выкинуть из неё редко используемые и малозначительные элементы.

Кажется, что ненужного балласта в схемах вовсе нет. Но основная идея тут такова: некоторыми, на первый взгляд, вполне рабочими частями схемы можно пожертвовать, если заранее согласиться, что «урезанный» чип будет регулярно совершать ошибки в каком-то приемлемом количестве. Для пользователя такие сбои могут означать небольшие искажения в изображении или звуке (обрабатываемых такой схемой), которые трудно заметить на глаз или на слух.

Это похоже на идею профессора Мелвина Брюэра (Melvin Breuer) из университета Южной Калифорнии (USC), который ещё шесть лет назад говорил, что микросхемы с небольшими производственными дефектами должно продавать (как отдельный продукт), а не выбрасывать. Мол, мелкие ошибки в ряде приложений могут быть несущественными.

Но теперь учёные пошли дальше. Они сами создали «дефектную» схему. Экспериментаторы пропустили аудиофайл через чип и во время обработки этого файла продиагностировали активность различных элементов схемы. Затем они отказались от «малозагруженных дорог» и построили новый чип. Оказалось, он работает в два раза быстрее прежнего при половинном расходе энергии. При этом уровень ошибок составил 8%.

Учёные говорят, что в определённых приложениях такие ошибки могут не играть никакой роли. Чтобы доказать свою правоту, авторы намерены на основе новой технологии создать цифровой слуховой аппарат.

При этом команда рассчитывает воспользоваться данными от нейробиологов и психологов, чтобы выяснить — как человек воспринимает ту или иную слуховую информацию и как отзывается на искажения в ней. В конечном счёте, такой подход позволит в несколько раз увеличить время работы специализированных устройств на одной зарядке батареи.

Распространить описанный принцип «неточного оборудования» на универсальные схемы для ПК, или на микросхемы, к примеру, трудящиеся в мобильных телефонах, будет куда сложнее. Но и здесь возможно некоторое применение данной стратегии. Главное, нужно защитить от ошибок критически важные части и позволить сбоям в вычислениях возникать во второстепенных блоках.

Свою работу учёные представили на конференции по микроэлектронике DATE11, прошедшей на прошлой неделе в Гренобле. (Детали исследования — в материалах Technology Review и Futurity.)