概率修剪技术让芯片更快更小更节能

2011-3-18 10:33 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网3月17日(北京时间)报道,一个国际科研小组使用“概率修剪技术”,将集成电路中很少使用的部分修剪后,使计算机芯片的性能提高了2倍,而能耗仅为以前的一半。

  美国莱斯大学与新加坡南洋理工大学合作在新加坡设立的持续性与应用信息动力学研究所(旨在研发出更节约能源和降低成本的创新信息技术)和瑞士电子与微系统技术中心的科学家携手开发了这项具有突破性的技术。

  这种“概率修剪”技术的原理非常简单:通过允许微处理器出错来削减其对能源的需求。研究人员发现,他们可以通过正确地管理错误发生的可能性并通过限制哪些计算产生错误,来削减能源需求并提升芯片的性能。

  持续性与应用信息动力学研究所负责人、美国莱斯大学计算机教授克里希纳·帕莱姆说:“根据摩尔定律,芯片上的晶体管会越来越多。芯片上的高密度晶体管会导致许多背景‘噪声’。为了补偿,工程师会通过增加电路上的电压来克服噪声和保证计算的精确,因此,略减少计算精度能在一定程度上改进速度和节省能耗。”

  该研究团队使用“概率修剪”技术将集成电路上很少使用的部分剪切掉,制造出了新的芯片模型。研究人员表示:“最初的测试表明,修剪后电路的运行速度至少是以前电路的2倍,能耗是以前的一半,而其占用的空间仅为传统电路的一半。”

  不过,这项技术的缺点是令处理器的计算精确度有所降低。帕莱姆认为,诸如声音和影像解码等实时处理所需要的精确度无须太高,但处理器是否省电及运算是否快速更为重要。帕莱姆说:“我们的研究表明,可以通过削减助听设备、照相机和其他多媒体设备中使用的集成电路中不必要的部分,达到同时提升芯片性能和减少能耗的目的。”

  电子和微系统技术中心的领导人克里斯蒂安·恩兹表示:“这样做,集成电路的出错率为8%,据我们所知,许多辅助观看和助听设备能容忍的出错率为10%。”

  帕莱姆表示,下一步我们将使用该技术制造出完整而具有特定用途的芯片,并希望今年夏天之前设计出一款用于助听设备的芯片,“概率修剪能制造出具有特定用途的集成电路,助听设备配备了这种集成电路后,同一电池的使用时间将延长4倍到5倍”。