Сотрудники Технологического института Джорджии (Georgia Institute of Technology) работают над повышением плотности размещения элементов интегральных схем. Проект, осуществляемый при финансовой поддержке Intel и оборонного ведомства США, а точнее - Управления перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA) ставит целью значительно уменьшить размеры и снизить потребление энергии компонентов электронных схем.
Чтобы решить указанные задачи, исследователи решили отказаться от привычного построения базовых компонентов. Как известно, в обычной микросхеме логические уровни должны иметь заранее определенное значение - то есть, вероятность того, что они примут это значение, должна быть равна 1. В новой разработке требуется, чтобы вероятность "правильного" значения на выходе элемента была не менее некоторой величины p<1. Участники проекта разработали тип логики, названной "вероятностная CMOS" (probabilistic PCMOS), которая позволяет получать корректные результаты, даже когда значения вероятности корректных выходных значений на выходах элементов схемы меньше 1.
По данным создателей новых микросхем, PCMOS требует для работы в 500 раз меньше энергии, чем традиционная логика. Кроме того, новый подход особенно хорошо согласовывается с растущим количеством алгоритмов, в которых используется вероятностные составляющие.
Еще одно важное преимущество PCMOS - решение проблемы повышения тепловыделения с ростом плотности схем. Вероятностная логика устойчивее к шумам, чем традиционная, а уровень шумов стремительно возрастает по мере того, как повышается плотность расположения элементов. Для коррекции возникающих ошибок используется статистический подход: схема отбрасывает шум, усредняя результаты обработки потоков данных в чипе. Исследователи признают, что такой подход приемлем не для всех типов данных, но многие цепи обработки сигналов уже сейчас рассчитаны на работу с определенным уровнем шумов. В качестве подтверждения права концепции на жизнь, ученые показали работу схемы в задаче распаковки потока видеоданных - видимые искажения не проявлялись.
К настоящему моменту создана однокристальная схема, в которой вероятностный сопроцессор объединен с цепями традиционной логики. На следующем этапе проекта разработчики планируют создать библиотеку алгоритмов обработки аудио- и видеоданных, которая покажет, что архитектура PCMOS пригодна для широкого внедрения.
Источник: EE Times