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Circuitos de bajo consumo de prototipos de Intel
Cuanto más pequeño se vuelve un transistor de silicio, más electrones pierde. Eso puede significar chips poco fiables que agotan la batería. Los investigadores de Intel han encontrado una forma de abordar el problema que subvierte la fuerte preferencia de la industria por la precisión. El chip prototipo de la empresa opera en un modo de bajo consumo pero propenso a errores, pero detecta y corrige sus errores. Este enfoque, según han descubierto los investigadores, ahorra un 37 por ciento de energía en comparación con la ejecución en modo convencional sin pérdida de rendimiento.
Reparador de errores: Este chip prototipo que se está probando en Intel Labs incorpora circuitos de corrección de errores que le permiten funcionar a bajos voltajes para ahorrar energía.
Una forma de asegurar un mejor rendimiento, incluso cuando los transistores se vuelven más pequeños y con fugas, es operarlos a un voltaje relativamente alto todo el tiempo. La mayoría de los microprocesadores de hoy en día están diseñados para funcionar a un nivel que representa una especie de escenario en el peor de los casos, dice Wen-Hann Wang , director de investigación de circuitos y sistemas en Intel y vicepresidente de Laboratorios Intel en Hillsboro, Oregón. Pero es raro que un usuario esté haciendo tantas cosas a la vez, digamos, jugar un juego rico en gráficos, subir videos a Facebook y navegar por la Web, que el microprocesador necesite estar funcionando en su rango más alto.
Y la estrategia de diseño de alto voltaje y alto rendimiento se está convirtiendo en un problema para los dispositivos móviles, donde la duración de la batería es importante. Una forma de prolongar la vida útil de la batería es hacer funcionar el chip a un voltaje más bajo, pero esto conduce a errores.
Cuando un circuito funciona a bajo voltaje, el sistema se vuelve ruidoso, dice Wang. Los circuitos que funcionan con voltajes bajos son particularmente vulnerables a las variaciones de temperatura y a un fenómeno llamado caída de voltaje: hacer pasar un nivel bajo de corriente eléctrica a través de miles de millones de transistores al mismo tiempo es como tomar una ducha mientras la lavadora y el lavavajillas están en funcionamiento. Así como este uso de agua pesada puede causar una caída en la presión del agua, ejecutar muchas operaciones a bajo voltaje puede causar caídas repentinas en la corriente a través de un transistor individual, y esto puede dar lugar a errores. Otra fuente de errores que se convierte en un problema mayor en voltajes bajos son las inconsistencias que surgen a medida que un chip envejece.
Estos errores son raros, pero significativos. Por ejemplo, pueden hacer que una imagen se congele mientras se procesa, lo que obligaría al usuario a reiniciar el proceso. Para hacer frente a los errores que ocurren cuando se ejecuta a bajo voltaje, Intel está desarrollando una estrategia que la compañía llama circuitos resilientes. No sabes cómo variarán las cosas y en qué circuitos se producirán errores, dice Wang. Pero si no te preocupas por eso, estará bien la mayor parte del tiempo.
El chip prototipo de la empresa se basa en los transistores de 45 nanómetros de sus productos actuales, pero incorpora circuitos resistentes. El chip funciona a bajo voltaje, y cuando un circuito de detección de errores detecta un problema, el cálculo se rehace a alto voltaje para corregirlo. Cuando tiene que corregir un error y volver a ejecutar un proceso más lentamente, hay una pequeña penalización, dice Wang. Pero en general, obtienes un gran rendimiento. Las pruebas en el laboratorio han demostrado que el chip puede ahorrar un 37 por ciento en el consumo de energía u operar un 21 por ciento más rápido a un nivel de energía dado.
Lo empujan lo más cerca posible de la zona de peligro, y a veces las cosas salen mal, y lo corrigen, lo cual es muy inteligente, dice. Krishna Palm , profesor de informática en Rice University en Houston. La cantidad de veces que lo haga debería ser pocas y espaciadas. Esta estrategia ha sido desarrollada por matemáticos durante décadas, pero Palem dice que Intel parece ser la única compañía que prueba circuitos que operan con estos principios en el contexto de un producto. Palem está desarrollando estrategias informáticas de bajo voltaje y bajo consumo que son aún más laissez-faire acerca de los errores. Algunos de estos errores, si se producen en cálculos que no son críticos (como un cálculo que causa una distorsión indetectable en una imagen pero no la congela), no es necesario corregirlos. Palem cree que una combinación de su técnica con los circuitos resistentes de Intel podría ayudar a los chips a ahorrar aún más energía.
Intel no quiso revelar cuándo incorporará circuitos resistentes en sus productos. Su próxima generación de procesadores móviles, que llegará al mercado en unos meses y que se basa en transistores de 45 nanómetros, no utilizará esta estrategia de detección de errores. Pero las fugas que generan errores se vuelven un problema mayor a medida que los transistores se encogen, por lo que algo como la resistencia del circuito puede convertirse en una necesidad en los próximos años. Realmente comenzará a mostrarse al nivel de 20 nanómetros, dice Palem.