211service.com
Fouten maken sommige circuits beter
Circuitontwerp is meestal geen plaats voor fouten. Maar nieuw onderzoek toont aan dat het introduceren van een gecontroleerde hoeveelheid fouten in een eenvoudig circuit de snelheid kan verdubbelen en tegelijkertijd het energieverbruik en de grootte kan halveren.
Fouttester: Rice University-onderzoeker Avinash Lingamneni test prototypecircuits die foutgevoelig zijn maar efficiënt werken.
De onderzoekers achter het werk gebruiken de ontwerpmethode om hoortoestellen te maken waarvan ze hopen dat ze een veel langere levensduur van de batterij hebben. De methoden kunnen ook de efficiëntie verbeteren van andere gespecialiseerde circuits die worden gebruikt in displays en camera's.
Onderzoekers onder leiding van Krishna Palm , een professor in informatica aan de Rice University, hebben een algoritme ontworpen dat het ontwerp van een circuit aanpast om het efficiënter te maken, gegeven een vast aantal fouten dat kan worden getolereerd. Onderzoekers van het lab van Palem presenteerden het werk vorige week op de DATE11-conferentie in Grenoble, Frankrijk.
Rekening houden met een vooraf bepaald foutenpercentage kan leiden tot grote efficiëntiewinsten zonder een merkbare prestatievermindering. Zolang de fouten op een gecontroleerde manier worden geïntroduceerd en de belangrijkste onderdelen van een bewerking tegen fouten worden beschermd, zijn kleine fouten in veel toepassingen toelaatbaar, bijvoorbeeld bij audio- en grafische signaalverwerking. Een enkele rekenfout kan resulteren in een kleine, tijdelijke vervorming in een beeld of geluid die de meeste mensen niet zouden kunnen detecteren.
Het verlagen van de spanning die een circuit gebruikt om het stroomverbruik te verminderen, zal fouten introduceren. Wanneer de spanning lager is, lopen sommige delen van een circuit langzamer dan de rest, wat tot fouten leidt. Computerwetenschappers hebben chips gemaakt die de spanning van verschillende delen van het circuit tijdens de vlucht variëren. Maar deze ontwerpen zijn complex en vergroten de grootte van een chip.
Je kunt een circuit zien als een netwerk van wegen, zegt Palem. Omdat informatie door een circuit stroomt, hebben sommige paden veel verkeer, andere nauwelijks. Het algoritme van de Rice-groep analyseert een circuit om paden te identificeren die kunnen worden gesnoeid, terwijl alleen toelaatbare fouten worden geïntroduceerd. We lieten audiobestanden door het circuit lopen en zochten naar zones met hoge, gemiddelde en lage activiteit tijdens een reeks diagnostische onderzoeken, legt Palem uit.
De Rice-groep werkte vervolgens samen met onderzoekers van het Zwitserse centrum voor elektronica en microtechnologie om de gesnoeide circuits te fabriceren en te testen. Ze ontdekten dat het nieuwe circuit twee keer zo snel werkt op de helft van de energie en een foutgrootte van 8 procent had. Je krijgt veel meer terug dan je weggeeft, zegt Palem. Dit foutenpercentage ligt in de marge van wat acceptabel is voor perceptuele taken zoals zien en horen.
Eerder werk aan het toestaan van fouten in het ontwerp van circuits was niet zo systematisch, zegt Subhasish Mitra , assistent-professor elektrotechniek en computerwetenschappen aan de Stanford University. Hij merkt echter op dat de Rice-groep tot nu toe de ontwerpmethode heeft bewezen met een heel eenvoudig circuit. Mitra verwacht dat het een uitdaging zal zijn om dit type ontwerp te doen met complexere systemen.
Onderzoekers zouden bijvoorbeeld graag de levensduur van de batterij in laptops of mobiele telefoons verlengen met behulp van dit soort benadering. Maar deze apparaten hebben complexe microprocessors, bestaande uit veel circuits die in veel kernen zijn geïntegreerd. Als je een algeheel systeem bouwt, moet je ervoor zorgen dat je waarde toevoegt en dat het systeem robuust is om de fouten te weerstaan, zegt Mitra.
Palem hoopt het gesnoeide circuitconcept eerst te bewijzen in een eenvoudig systeem: de digitale signaalverwerkingsblokken van een hoortoestel. Zijn groep werkt samen met neurowetenschappers van de Nanyang Technological University in Singapore die het menselijk gehoor modelleren bij proefpersonen. We weten nog niet welke informatie het oor belangrijk vindt, zegt Palem. Over ongeveer zes maanden zullen de neurowetenschappelijke onderzoeken worden uitgevoerd en zal de groep van Palem informatie over de fouttolerantie van het menselijk oor in het circuitontwerpproces invoeren. We hopen tegen het einde van het jaar een ontwerp te hebben, zegt hij.