Компьютерные эксперты представили сверхэффективные 'неточные' процессоры

Исследователи представили "неточные" компьютерные чипы, которые отходят от канонов тотального стремления к точности, неумолимо исполнявшихся в компьютерной индустрии последних 50 лет. Данная разработка позволяет значительно увеличить производительность за счет увеличения количества допустимых ошибок. Представленные на конференции Ассоциации вычислительной техники в Италии образцы, по меньшей мере, в 15 раз эффективней, чем их современные, более точные аналоги.

Данное исследование, завоевавшее звание на лучшую публикацию конференции, было проведено экспертами из университетов США, Сингапура и Швейцарии.

"Мы очень рады впервые увидеть воплощение данной технологии в работающем чипе, производительность которого мы можем измерить на практике впервые", - сказал лидер проекта, Кришна Палем. "Наша работа, которая ведется с 2003 года, показала, что это позволяет достигнуть значительных преимуществ, и я чрезвычайно рад, что эти функционирующие чипы не только оправдали, но и превзошли все наши ожидания".

Цель данного сотрудничества, состоит в создании новой технологии, которая позволит произвести на свет следующее поколение неточных микрочипов, потребляющих значительно меньше электричества, чем современные микропроцессоры.

"Данная статья получила наивысшую оценку рецензентов среди всех наших публикаций в этом году", - сказал сопредседатель конференции Паоло Фарабосчи. "Исследования в области приблизительных вычислений, открывают двери к интересным энергоэффективным решениям, которые позволяют использовать их совместно с традиционными вычислительными элементами".

Сама идея обманчиво проста и заключается в том, чтобы снизить потребление энергии за счет того, что при совершении таких операций как сложение и умножение, допускаются ошибки. Искусно настраивая такие параметры, как вероятность совершения ошибки и ограничивая диапазон операций, в которых дозволяется совершать ошибки, разработчики обнаружили, что они могут одновременно значительно снизить потребление энергии и во много раз увеличить производительность.

Примером такого подхода может служить принцип "упрощения" или удаления некоторых из редко используемых частей цифровых схем на микрочипе.
В ходе первоначального моделирования, проведенного в 2011 году, исследователи продемонстрировали, что такое удаление некоторых секций традиционных микрочипов, позволяет увеличить производительность сразу по трем направлениям: такие чипы в два раза быстрее, потребляют в два раза меньше энергии и в два раза меньше по размерам. В ходе своего нового исследования, команда пошла дальше, и воплотила свои идеи в прототипе кремниевого чипа.

"В ходе недавних тестов, мы выяснили, что упрощение может снизить потребление энергии в 3,5 раза для чипов, которые отклонялись от корректного значения в среднем на 0,25 процента", - сказал соавтор исследования Авинаш Лингамнени. "Когда мы приняли во внимание прибавку в скорости и более компактный размер, то выяснилось, что эти чипы в 7,5 раз эффективнее обычных. При этом чипы, которые давали неправильный результат еще чаще, а именно в 8 процентах случаев, являются в 15 раз более эффективными".

Исследователь Кристиан Энц сказал: "Определенные приложения некритичны к довольно значительному проценту ошибок. К примеру, человеческий глаз имеет встроенный механизм коррекции ошибок. Мы использовали неточные сумматоры для обработки изображений и обнаружили, что относительная погрешность вплоть до 0,54 процентов практически неразличима, а относительная погрешность до 7,5 процентов производила различимые изображения".

На приведенном выше фото можно увидеть различия между изображениями, которые были обработаны обычным процессором (слева), неточным процессором с относительной погрешностью 0,54 процента (посередине), а также с относительной погрешностью 7,58 процента (справа). Неточные чипы являются более компактными, быстрыми и потребляют меньше энергии. Чип, результаты работы которого можно видеть на фото справа, в 15 раз более эффективен по таким показателям как скорость, размеры и энергоэффективность, чем чип, обработавший изображение слева.

Ученые сообщили, что в круг возможных практических применений технологии упрощения входят специализированные процессоры, используемые в слуховых аппаратах, камерах и других электронных устройствах.

На основе неточных процессоров созданы образовательные планшеты I-slate от фирмы ISAID. Эта низкобюджетная модель предназначена для индийских школ, в которых отсутствует электричество и нахватает учителей. Власти планируют внедрить до 50 000 копий I-slate в течение следующих трех лет. Применяемые в них упрощенные чипы позволяют снизить электропотребление вдвое и использовать солнечные панели, подобные тем, которые можно видеть на портативных калькуляторах.