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Los errores mejoran algunos circuitos
El diseño de circuitos no suele ser lugar para errores. Pero una nueva investigación muestra que la introducción de una cantidad controlada de errores en un circuito simple puede duplicar su velocidad y al mismo tiempo reducir a la mitad su consumo de energía y tamaño.
Error tester: El investigador de Rice University, Avinash Lingamneni, prueba prototipos de circuitos que son propensos a errores pero que funcionan de manera eficiente.
Los investigadores detrás del trabajo están utilizando el método de diseño para crear audífonos que esperan que tengan una duración de batería mucho más larga. Los métodos también podrían mejorar la eficiencia de otros circuitos especializados utilizados en pantallas y cámaras.
Investigadores liderados por Krishna Palm , profesor de computación en la Universidad de Rice, diseñaron un algoritmo que modifica el diseño de un circuito para hacerlo más eficiente, dada una tasa de errores establecida que se puede tolerar. Investigadores del laboratorio de Palem presentaron el trabajo la semana pasada en la conferencia DATE11 en Grenoble, Francia.
Permitir una tasa predeterminada de errores puede conducir a importantes ganancias de eficiencia sin una caída notable en el rendimiento. Siempre que los errores se introduzcan de forma controlada y las partes más importantes de una operación estén protegidas contra errores, los errores pequeños son tolerables en muchas aplicaciones, por ejemplo, en el procesamiento de señales gráficas y de audio. Un solo error computacional de este tipo podría resultar en una pequeña distorsión momentánea en una imagen o sonido que la mayoría de la gente no sería capaz de detectar.
Reducir el voltaje que usa un circuito para disminuir el consumo de energía introducirá errores. Cuando el voltaje es más bajo, algunas partes de un circuito funcionan más lento que el resto, lo que lleva a errores. Los científicos informáticos han creado chips que varían el voltaje de diferentes partes del circuito sobre la marcha. Pero estos diseños son complejos y aumentan el tamaño de un chip.
Puedes pensar en un circuito como una red de carreteras, dice Palem. A medida que la información fluye a través de un circuito, algunos caminos tienen mucho tráfico, otros apenas. El algoritmo del grupo Rice analiza un circuito para identificar caminos que se pueden podar, mientras que solo introduce errores tolerables. Ejecutamos archivos de audio a través del circuito y buscamos zonas de alta, media y baja actividad en una serie de pruebas de diagnóstico, explica Palem.
Luego, el grupo de Rice colaboró con investigadores del Centro de Electrónica y Microtecnología de Suiza para fabricar y probar los circuitos podados. Descubrieron que el nuevo circuito funciona dos veces más rápido con la mitad de la energía y tiene una magnitud de error del 8 por ciento. Obtienes mucho más a cambio de lo que regalas, dice Palem. Esta tasa de error está en el estadio de béisbol de lo que es tolerable para tareas de percepción como la visión y la audición.
El trabajo previo para permitir errores en el diseño de circuitos no ha sido tan sistemático, dice Subhasish Mitra , profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Stanford. Sin embargo, señala que hasta ahora el grupo Rice ha probado el método de diseño con un circuito muy simple. Mitra espera que hacer este tipo de diseño con sistemas más complejos resultará un desafío.
Por ejemplo, a los investigadores les encantaría extender la vida útil de la batería en computadoras portátiles o teléfonos celulares utilizando este tipo de enfoque. Pero estos dispositivos tienen microprocesadores complejos, formados por muchos circuitos integrados en muchos núcleos. Cuando está construyendo un sistema general, debe asegurarse de que está agregando valor y que el sistema es robusto para resistir los errores, dice Mitra.
Palem espera probar primero el concepto de circuito podado en un sistema simple: los bloques de procesamiento de señal digital de un audífono. Su grupo está trabajando con neurocientíficos en la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur que están modelando la audición humana en sujetos de prueba. Aún no sabemos qué información le importa al oído, dice Palem. En unos seis meses, se realizarán los estudios de neurociencia y el grupo de Palem introducirá información sobre la tolerancia a errores del oído humano en el proceso de diseño del circuito. Esperamos tener un diseño para fin de año, dice.