Процесори с човешки ген
Абонирайте се за Капитал

Всеки петък икономически анализ и коментар на текущите събития от седмицата.
Съдържанието е организирано в три области, за които Капитал е полезен:

K1 Средата (политическа, макроикономическа регулаторна правна)
K2 Бизнесът (пазари, продукти, конкуренция, мениджмънт)
K3 Моят капитал (лични финанси, свободно време, образование, извън бизнеса).

Абонирайте се за Капитал

Процесори с човешки ген

Shutterstock

Процесори с човешки ген

Чиповете, които залагат на енергийна ефективност вместо на прецизност, могат да променят разбирането за изчислителна мощност

Юлиян Арнаудов
6235 прочитания

Shutterstock

© Shutterstock


Смартфоните позволяват на притежателите им да блеят във Facebook, да проверяват пощата си по седем хиляди пъти дневно, да поливат виртуалната си ферма и да следят личните си финанси онлайн. Щеше да е още по-добре, ако осигуряваха и възможност за провеждане на разговори във всеки един момент. На теория го правят, разбира се, но на практика батериите на повечето нови модели "умни" телефони издържат едва-едва един ден. В резултат шансът да се свържете с колегата, ползващ седемгодишна Nokia, е доста по-голям, отколкото да чуете свободен сигнал, когато се обаждате на ваш познат с iPhone.

Решението: "неточна" ефективност

В стремежа си да решат проблема и да постигнат максимална енергоефективност учените се обръщат за съвет към функцията на човешкото тяло. Или по-точно на един от най-големите биологични компютри – мозъка. Повечето гимназисти или студенти могат да кажат, че не е нужно да научите 100% от материала преди изпит. Понякога 90% или дори 85% са достатъчни за добро представяне. Колкото по-точно и прецизно учат студентите или гимназистите, толкова повече енергия и усилия са им необходими. Изследователите от американския университет "Райс" в Хюстън, щата Тексас, заимстват този подход, като създават прототип на чип, който да допуска приемлив брой грешки в изчисленията си. Целта е така да се повиши драстично енергийната ефективност, без потребителите да забележат разликата. В проекта участват още учени от Техническия университет в Нанянг (Сингапур), Центъра за електроника и методология на Швейцария (CSEM), както и от Калифорнийския университет.

Идеята е проста – процесорът не дава верен отговор за всяка операция, която извършва. Специален софтуер контролира допуснатите грешки и ги изглажда, така че крайният резултат да не се повлияе от тях. Учените установяват, че това довежда до двоен ефект – намалява значително консумацията на ток и рязко увеличава скоростта на изчисленията. Друг метод, който се прилага при "неточните" процесори е премахването на някои много рядко използвани части от интегралната схема на чипа.

"Последните тестове показват, че прилагането на този подход намалява до 3.5 пъти консумацията на енергия, ако процентът на допуснатите грешки е 0.25", заявява Авинаш Лингамнени, завършил студент в Университета "Райс" и участник в проекта. "Ако допълнително се оптимизират скоростите и размерът на изчисленията спрямо операциите, ефективността им достига 7.5 пъти."

По думите на Лингамнени, ако се увеличи процентът на допуснатите грешки до 8, тогава енергийната ефективност скача до 15 пъти спрямо традиционните чипове. Така при правилно контролиране на процеса, издръжливостта на батериите в устройствата може да се увеличи от три до пет пъти. Увеличаването на скоростта на операциите също може да оптимизира работата на процесора и така да се намали броят на ядрата и съответно размерът на целия чипсет.

Концепцията може да преобърне традицията в производството на изчислителна техника, която 50 години преследва максимален брой операции без грешка. Разработката на учените може да не остане само в рамките на университетската лаборатория. Те планират да вкарат чиповете в масово производство. Пилотен проект за това е използването на новите "неточни" процесори в бюджетни таблети за индийските училища. Университетът има договор с правителството на Индия за доставката на 50 хил. броя от новите устройства в рамките на три години. Първите образци трябва да се появят през следващата година.

Основният недостатък на тази технология е, че при по-сложните операции допускането на повече грешки може да изопачи резултатите. Ако имаме видео, потребителите няма да забележат неточности от 0.54% например. Ще се загуби остротата на някои елементи, но изображението като цяло няма да е променено. При грешки от порядъка на 7.58% обаче вече имам значително размазване на по-сложните елементи от картината. Тоест, ако софтуерът, който определя степента на неточност при отделните операции, не бъде добре оптимизиран, може да доведе до крайно незадоволителни резултати. От друга страна, при по-малко сложните изчисления тези грешки няма да бъдат толкова забележими.

Научно-техническият прогрес е трудно контролируем процес - често лавинообразното развитие на един тип технологии е за сметка на изоставането при други. В резултат напредъкът в някои сфери изпреварва с пъти този в други, които понякога са дори взаимносвързани. Асинхронното развитие при различните компоненти на потребителската електроника се наблюдава с най-голяма сила при батериите, които не успяват да доставят достатъчно количество електричество на мобилните устройства. Макар и с неохота потребителите приемат това, защото желанието за мобилност надделява. За да се реши този проблем, пред производителите на хардуер има две възможности - увеличаване капацитета на батериите или намаляване енергийната консумация на устройствата.

Няма ток

Умните мобилни устройства притежават в момента повече процесорна мощ, отколкото компютрите преди пет-шест години. Миниатюризацията обаче създава нови проблеми пред производителите, защото увеличаването на изчислителните възможности в повечето случаи води до по-висока консумация на енергия, която трябва да се осигури от все по-малки като размер батерии.

В отговор на този проблем производителите на хардуер преминаха към енергоспестяващата архитектура за чипове на ARM Holdings. Те не загряват толкова и консумират по-малко ток, за разлика от продуктите на конкурентите. Благодарение на тези си качества британската компания си извоюва мястото на безапелационен лидер на мобилния пазар. Но това не е достатъчно.

Бариерата "консумация на енергия" продължава да е основната пречка в развитието на мобилните устройства. За да я преодолеят в момента, производителите се опитват да специализират отделните ядра в устройствата. Например Tegra 3 на nVidia се води чипсет с четириядрен процесор, но той разполага с пето скрито ядро. То има ниска консумация на енергия и се използва за осъществяването на операции, които не изискват висока изчислителна мощ – такива действия са браузването в интернет, писането на мейли, текстове и др. Когато се отварят по-тежки приложения, като например игри или видео с високо качество, тогава в действие влизат четирите ядра. Този чипсет се използва масово в таблетите, излезли на пазара през последната една година – Asus Transformer Prime, Acer Iconia Tab A700, и дори в новия смартфон на HTC - One X.

Смартфоните позволяват на притежателите им да блеят във Facebook, да проверяват пощата си по седем хиляди пъти дневно, да поливат виртуалната си ферма и да следят личните си финанси онлайн. Щеше да е още по-добре, ако осигуряваха и възможност за провеждане на разговори във всеки един момент. На теория го правят, разбира се, но на практика батериите на повечето нови модели "умни" телефони издържат едва-едва един ден. В резултат шансът да се свържете с колегата, ползващ седемгодишна Nokia, е доста по-голям, отколкото да чуете свободен сигнал, когато се обаждате на ваш познат с iPhone.

Решението: "неточна" ефективност


Благодарим ви, че четете Капитал!

Вие използвате поверителен режим на интернет браузъра си. За да прочетете статията, трябва да влезете в профила си.
Влезте в профила си
Всеки потребител може да чете до 10 статии месечно без да има абонамент за Капитал.
Вижте абонаментните планове

11 коментара
  • 1
    geordgeo avatar :-P
    geordgeo

    Затова задния панел на телефона трябва да е соларен - ще се "помпи" батерията (почти) по всяко време само някаква по-ефективна защита против счупване му трябва...
    Иначе минавам на автомобилен акумулатор в раница на гърба :-)

  • 2
    ggogggo avatar :-|
    ggogggo

    До коментар [#1] от "geordgeo":

    ето го, вече направено:
    http://www.miniinthebox.com/solar-charger-for-mobile-phones-tablets-digital-cameras-dvs-5v_p241431.html

  • 3
    e_mil avatar :-|
    tamada

    "Ако имаме видео, потребителите няма да забележат неточности от 0.54% например. Ще се загуби остротата на някои елементи, но изображението като цяло няма да е променено."

    Това важи ако просвирваме оригиналното видео. Само че за да влезе в смартфон или таблет, това видео трябва да бъде силно компресирано. Тоест, вече има загуба на качество и тези 0,54% се трупат върху нея.
    Разбира се остротата на картинката зависи и от много други фактори: дали размерите на видеото са съобразени с екрана на устройството, видът на използваната компресия и т.н.

  • 4
    savov_d.a. avatar :-|
    savov_d.a.

    Интересна статия. Разработката може да има приложение извън първоначалните цели. Все пак в истинския живот има и хаос.
    Има размита математика. Творчески задачи.
    Трябва да е в комбинация с точен процесор за гарантиране на стабилността и възможност за фокусиране върху конкретен детайл.

  • 5
    0888571682 avatar :-|
    0888571682

    Подобна техника се прилага от някои софтуерни компании в България при интернет платформи за банкиране. Интересното е, че когато трябва да намерят проблем в система от 5000 елемента, започват да ги търсят в най-тежките и обемни елементи, и там най-вероятно е проблема.

    Публикувано през m.capital.bg

  • 6
    rewind avatar :-|
    Todor Tanev

    Интересно дали съвременните производители на микропроцесори не биха могли да оптимизират бъдещите си продукти с подобна функционалност? Още по-усъвършенстван микропроцесор с възможността да изчислява както високо-прецизно, така и с по-ниска прецизност и със софтуерно управление на грешката с цел енергоспестяване.

  • 7
    nick11 avatar :-|
    Николай_1

    И все пак не става ясно , как намалената точност на КРАЙНИТЕ резултати от работата на компютъра , спомага за енергийната му ефективност.
    Какво всъщност трябва да се разбира под "намалена точност" ?
    - по-малък брой разряди след десетичната точка ?
    или
    - предварително приет за "приемлив" % грешни резултати

  • 8
    sinergy avatar :-|
    Sinergy

    Интересна статия, но не се казва нищо и не се прави сравнение с вече съществуващите модули за "предсказване на изхода" в процесорите с архитектура на Intel и AMD...

  • 9
    kirko08 avatar :-|
    kiril petrov

    Николай 1, автора според мен не осъзнава каква безмислица е превел.

    За сведение - всички 3д ускорители на нвидиа преди 9-та серия ползват "облекчена" или грешаща аритметика с плаваща запетая.

    г-н Арнаудов трябва да минете курс по начално запознаване с компютърни архитектури.

    Курса е 6 лекции

  • 10
    savov_d.a. avatar :-|
    savov_d.a.

    До коментар [#9] от "kiril petrov":

    Като лаик ми е интересно дали грешката може да придаде уникалност в игрите. Все пак живота ни не е двоичен. Лепил съм програма на фортран за изследване на ферментация някога. Начални данни- различни, комбинации - мъгла. Автора на статията не е длъжен да е специалист в медия, която не е тясно свързана със сметачни машини.
    Написал е нещо което се коментира. Не е писал за СМ4.
    Архитектурата я има на сайтовете на производителите. Приятно четене.


Нов коментар

За да публикувате коментари,
трябва да сте регистриран потребител.


Вход

Още от Капитал

С използването на сайта вие приемате, че използваме „бисквитки" за подобряване на преживяването, персонализиране на съдържанието и рекламите, и анализиране на трафика. Вижте нашата политика за бисквитките и декларацията за поверителност. OK