Учёные показали выгоду от микросхем с ошибками

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

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

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.)



Корейцы выводят на рынок невидимую компьютерную мышь

16 марта 2011

Немцы построили самую крошечную в мире видеокамеру

15 марта 2011

Британцы выпустили радиоприёмник для душа с микротурбиной

10 марта 2011

Инженеры научились заряжать мобильники водой

3 марта 2011

Создан самый тонкий пикопроектор

26 января 2011
  • «божественная ошибка»!
    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  22 марта, 21:52
    этой истории лет сорок «наши» скопировали какую то микросхему забугорную именно стока лет назад. Наладили выпуск, потому уже «наше дитя пром шпионажа» попала к разработчикам прототипа — те ахнули — треть схемы не работала — а результат был примерно как в этой статье :) быстрее и "почти " без сбоев. Даа, все новое...
    ОтветитьНравится
  • Сергей Смирнов  22 марта, 21:53
    В принципе, ничего нового — старый известный факт, что система с огромным числом ненадежных элементов будет вполне стабильна и надежна — т.к. на каждое «ошибочное» срабатывание какого — нибудь элемента найдется несколько элементов нивелирующих эту ошибку. Отличный пример — мозг — единичный нейрон — часто «ошибается», но нейронная сеть, состоящая из огромного числа нейронов дает хороший результат распознавания объекта — т.к. даже если некоторый процент нейронов «отомрет» — функции этих нейронов «берут» на себя соседние нейроны; правда, до известного предела...
    ОтветитьНравится
  • А у меня другой вопрос — сразу засесть за разработку более рациональной микросхемы под конкретные нужды (того же слухового аппарата) слабо? Где изначально не было бы тех «ненужных» элементов, которые все равно не работают в "глючной? А то — сделаем дорогую бракованную микросхему для более примитивных задач, нежели она изначально была запланированна (если бы не была бракованной), плевать, что треть ее — это деньги на ветер. Все равно что микроскопом орехи колоть (кстати, кто пробовал — очень удобно).
    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  23 марта, 09:17
    ээ неет! Не надо из каната выплетать «бракованные» короткие ворсинки!
    ОтветитьНравится
  • Если я Вас правильно понял — то ведь и я о том же... Поскольку технология, приведеная в этой статье, как раз и есть «выплетанием из бракованных канатов бельевых веревок»...
    ОтветитьНравится
  • Иван Лопато  23 марта, 18:33
    В глючной они «работают», но имеют право на неточные результаты. Это просто оптимизация за счет точности работы обязательных элементов, где точность не так важна. Иными словами, разработанная с нуля рациональная микросхема будет работать в два раза медленнее, чем специально неточная (которая все равно удовлетворит нужды).
    ОтветитьНравится
  • Бред. Вот подумайте сами почему. И еще, более громоздкая, но с глюками имеет ниже энергопотребление, нежели безглючная. Уж не оттого ли, случайно, что часть ее просто не работает? И если эту часть выкинуть нафиг — не получится ли искомая рационализация? Или глючная — глючная настолько, что тянет энергию из параллельных миров как уолдо? Надо ее еще под микроскопом расмотреть — может глючные элементы еще и шевеляться в процессе работы, копошатся...
    ОтветитьНравится
  • Антон Агейкин  23 марта, 09:07
    Разгадали-таки секрет нечеткой логики)))
    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  23 марта, 09:12
    типа знак надо путать четное количество раз. :)
    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  23 марта, 09:23
    А микросхема для слухового аппарата « в идеале» должна на выходе выдавать вордовский файл с переводом с любого на любой язык?
    ОтветитьНравится
  • Георгий Ратушный  23 марта, 19:52
    кстати да, интересно подобный принцип в программировании применить: файлы, которые не использовались в течении года подлежат удалению) или намеренно обрезать количество итераций в циклах, например))

    даже подозреваю, что подобное уже должны были пытаться делать. может даже намеренно)

    ОтветитьНравится
  • Георгий Ратушный  23 марта, 21:08
    подумал, понял, что неправ
    ОтветитьНравится
  • Владимир Королёв  23 марта, 22:23
    Имхо это может приблизить нас к разработке искусственного интеллекта. Разумным существам свойственно врать и ошибаться.
    ОтветитьНравится
  • Рустэм Рахимов  24 марта, 09:58
    Если развить мысль. Сделать суперсложную микросхему, протестировать ее, убрать малоиспользующиеся элементы, протестировать, убрать из имеющихся малоиспользующиеся элементы и т д. Придем к транзистору с 50% ошибок???? Либо сработал либо нет))).
    А если серьезно, то это на самом деле первый шаг к интеллекту.
    ОтветитьНравится
  • Никакой это не шаг интелекту, о чём вы!? Это глупость на почве безделия.
    ОтветитьНравится
  • Олег Апарцев  26 марта, 09:23
    В 80-е годы я разрабатывал синтезатор речи с записью в МОП-память и воспроизведением через АЦП.
    Решил проверить сколько разрядов (двоичных ) воспроизводимого сигнала необходимо обеспечить для уверенного распознавания речи.
    Оказалось: один!
    То есть нужен только один бит для записи и воспроизведения речи при тактовой частоте (насколько помню) около 1кГц. ЦАП и АЦП я выбросил, поставил один компаратор и однобитовый ключ — и все!
    Я принялся кодировать и воспроизводить голоса всех сотрудников подряд. Можете проверить — никто не ошибался, ни в авторстве монолога, ни в распознании текста, ни разу. Все слова распознаваемы, конечно речь содержала металлические оттенки на согласных, особенно шипящих.
    Обиженной оказалась только секретарша — ее высокий резкий голос воспроизводился похожим на птичий (нужно меньше курить).
    В результате я «распрямлял» байты в биты и записывал на памяти в 2К до 1-ой минуты речи.
    Затем придумал «упаковщик — распаковщик» памяти и для относительно низких и мелодичных голосов длительность записи растянулась до 5 минут.
    Что до ученых, они скоро на «голубом глазу», будут доказывать, что можно, оказывается, ходить босиком, если обувь прохудилась. А в Китае АЙфоны продают «ведрами», сам видел. Они как раз такие, как описываются в статье.
    ОтветитьНравится