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Procesadores específicos de aplicaciones para combatir el silicio oscuro
Un procesador grabado con circuitos adaptados a las aplicaciones más utilizadas en los teléfonos Android podría ayudar a extender la duración de la batería de los dispositivos. Investigadores de la Universidad de California en San Diego han creado un software que escanea el sistema operativo y una colección de las aplicaciones más populares y luego genera un diseño de procesador adaptado a sus demandas. El resultado puede ser 11 veces más eficiente que el chip típico de teléfonos inteligentes de uso general actual, dice Michael Taylor, quien lidera el GreenDroid proyecto con su colega Steven Swanson.
Viviendo más tiempo: Los microprocesadores diseñados en torno a las aplicaciones más utilizadas podrían hacer que los teléfonos inteligentes sean más eficientes energéticamente.
El diseño de chips para teléfonos móviles necesita repensarse por dos razones, dice Taylor. Una es mejorar el uso de la energía limitada disponible para un teléfono, y la otra es atacar un problema llamado silicio oscuro, que está configurado para hacer que los diseños de chips convencionales sean aún menos eficientes.
El silicio oscuro es una parte de un microchip que no se utiliza. Aunque es poco común hoy en día, se espera que el silicio oscuro sea necesario en dos o tres años, porque los ingenieros no podrán reducir más los voltajes operativos de los chips para compensar los aumentos en el consumo de energía y el calor residual producido por chips más pequeños y rápidos.
Tradicionalmente, operar transistores de contracción con voltajes más bajos era la válvula de escape que permitía más potencia computacional sin más salida de calor, dice Taylor, pero ahora no hay lugar adonde ir. Los voltajes de funcionamiento se han acercado a un límite fundamental en el que los transistores dejan de funcionar prácticamente. Esto significa que pronto, a medida que los transistores sigan haciéndose más pequeños, cada generación de chips será menos eficiente que la anterior, dice. Si siguiera usando todo el chip, cada generación generaría el doble de calor que la anterior. Mantener constante el uso de energía requerirá encender solo ciertas partes de un chip a la vez.
El diseño GreenDroid de Taylor y Swanson evita esto al rodear el núcleo principal de un procesador, la parte de un chip que ejecuta instrucciones, con 120 más pequeños, cada uno de los cuales se encarga de un fragmento de código que las aplicaciones más utilizadas en un teléfono necesitan con frecuencia. Los circuitos de cada núcleo imitan de cerca la estructura del código en el que se basan, lo que los hace hasta 10,000 veces más eficientes que un núcleo de procesador de propósito general que realiza la misma tarea. Si llena el chip con núcleos altamente especializados, entonces la fracción del chip que se enciende a la vez puede ser la más eficiente energéticamente para esa tarea en particular, dice Taylor.
En lugar de traducir manualmente el código fuente en núcleos de procesador, el equipo de UCSD ha desarrollado un software para hacerlo. Registran las demandas computacionales del sistema operativo Android cuando ejecutan aplicaciones populares para correo electrónico, mapas, video y el servicio de radio web Pandora, entre otros, y a partir de esa información, el software genera el diseño del chip GreenDroid.
Debido a que alrededor del 70 por ciento de ese código se comparte entre múltiples aplicaciones o partes del sistema operativo, los núcleos especializados de un GreenDroid pueden manejar gran parte del trabajo que consume más energía de un teléfono. Simulaciones detalladas de un procesador GreenDroid completo demuestran su eficiencia superior, dice Taylor. Enviaremos el primer diseño para que se fabrique en junio y hemos diseñado una placa para que podamos conectarla, instalar Android y aplicaciones, y luego compararla con diseños convencionales, dice.
Tener un procesador personalizado fabricado es extremadamente caro y poco común en el mundo académico. El chip utilizará transistores más pequeños que los que se encuentran actualmente en el mercado, con tamaños de funciones tan pequeños como 28 nanómetros. Los procesadores con características de 32 nanómetros han llegado al mercado recientemente, y es en la próxima generación, a 22 nanómetros, donde se espera que el silicio oscuro se convierta en un serio desafío.
Escuadrón Kevin , profesor de la Universidad de Virginia, dice que la estrategia de UCSD encaja bien con los teléfonos inteligentes, porque las aplicaciones están estrechamente integradas con el sistema operativo de un teléfono inteligente. Son prudentes al apuntar a Android, dice, porque en un teléfono, el sistema operativo es responsable de una gran cantidad del trabajo realizado por el procesador. Eso significa que todos los usuarios de todos los teléfonos se beneficiarán de sus núcleos especializados. Se puede esperar que los teléfonos con procesadores de estilo GreenDroid duren más que los teléfonos convencionales con la misma batería, o que tengan la misma vida útil con un diseño más elegante, dice.
Sin embargo, el hardware especializado de este enfoque tiene inconvenientes que lo hacen menos útil para dispositivos no móviles, dice Skadron. Es más desafiante con una PC o servidor, porque el sistema operativo tiene menos efecto sobre lo que hace el procesador. Las aplicaciones además de eso son las más importantes y varían mucho más entre los usuarios.
Ese inconveniente de la especialización también podría aplicarse a los teléfonos, por ejemplo, si surgen nuevas aplicaciones que son diferentes de las que se utilizan para generar un diseño GreenDroid. En el caso de los teléfonos móviles, no estamos demasiado preocupados porque la gente los reemplaza muy rápido, dice Taylor. Y debido a que las actualizaciones de aplicaciones y sistemas operativos tienden a ser evolutivas en lugar de revolucionarias, dice, es poco probable que muchos de los núcleos especializados de un chip GreenDroid se vuelvan completamente inútiles durante la corta vida útil de un teléfono inteligente. Taylor y Swanson agregaron características a su diseño que permiten un ligero ajuste de los núcleos de conservación para adaptarse al nuevo código, pero algunas actualizaciones serán demasiado grandes para eso. Si eso sucede, su teléfono no dejaría de funcionar, pero su eficiencia energética disminuiría, dice Taylor, señalando que esta perspectiva probablemente no molestaría demasiado a los fabricantes de todos modos.