Rice University: risparmiare energia con un processore impreciso

Una sensibile riduzione nel consumo energetico di un processore può valere qualche errore nei suoi calcoli? La risposta è affermativa, secondo un nutrito gruppo di ricercatori provenienti dalla Rice University a Houston, della Singapore Nanyang Technological University, dal Center for Electronics and Microtechnology in Svizzera e dalla University of California, Berkeley, che hanno realizzato un processore "impreciso" che non solo consuma meno rispetto a soluzioni realizzate in maniera tradizionale, ma è anche in grado di offrire superiori prestazioni.

Krishna Palem, responsabile dell'Institute for Sustainable and Applied Infodynamic (ISAID) alla Rice NTU e coordinatore del progetto, spiega: "E' entusiasmante vedere questa tecnologia in un chip operativo che possiamo misurare per la prima volta. Il nostro lavoro ha mostrato sin dal suo inizio nel 2003 che è possibile ottenere vantaggi significativi e sono lieto che questi chip abbiano incontrato e superato le nostre aspettative".

Il concetto elaborato dai ricercatori è semplice: tagliare l'uso di energia permettendo ai componenti della computazione di fare qualche errore. Gestendo adeguatamente la probabilità degli errori e limitando quelle tipologie di calcoli che producono errori, i progettisti hanno individuato la possibilità di ridurre il consumo energetico e, al contempo, incrementare le prestazioni.

A sinistra un'immagine processata in maniera tradizionale, al centro con un errore dello 0,54% e a destra con un errore del 7,58%.

L'approccio dei ricercatori passa, ad esempio, dalla tecnica del "pruning" (letteralmente: sfrondare) che prevede l'eliminazione di alcune parti dei circuiti digitali che vengono usate di rado dal microchip. Nel corso delle prime simulazioni effettuate durante lo scorso anno i ricercatori hanno dimostrato che il pruning di alcune sezioni del microchip consente di ottenere almeno tre benefici, raddoppiando le prestazioni, dimezzando il cosumo e le dimensioni. Queste idee sono state approfondite dal team di ricerca, ed implementate negli elementi di processazione su un prototipo di chip di silicio.

"Negli ultimi test abbiamo osservato che il pruning può ridurre la domanda energetica di 3,5 volte con chip che deviano dai valori corretti di una media dello 0,25%" ha dichiarato il coautore dello studio Avinash Lingamneni, graduate student alla Rice University. "Se parametriamo tutto in dimensioni e incrementi prestazionali, questi chip hanno un'efficienza 7,5 volte superiore ai chip ordinari. I chip che hanno mostrato una più ampia deviazione dell'8% sono 15 volte più efficienti".

Christian Enz, ricercatore proveniente dal CSEM che ha collaborato al progetto, osserva come per alcuni tipi di applicazione l'errore nei calcoli sia tranquillamente tollerabile. Nel campo della processazione di immagini, ad esempio, i ricercatori hanno dimostrato che un'immagine contenente un errore relativo dello 0,54% risulta priva di difetti all'occhio umano, mentre errori relativi fino al 7,5% producono immagini che nel complesso risultano ancora comprensibili.

I primi processori realizzati con le tecniche di pruning saranno destinati ad impieghi application-specific, utilizzati ad esempio per la realizzazione di dispositivi di ausilio acustico, nelle fotocamere o in altri dispositivi elettronici come ad esempio il tablet educational I-Slate sviluppato proprio dall'ISAID e destinato a paesi in via di sviluppo. Il distrtto indiano del Mahabubnagar ha già annunciato un piano per l'adozione di 50 mila I-Slate nelle scuole per i prossimi tre anni. I primi prototipi di questi dispositivi contenenti i chip "imprecisi" saranno disponibili nel corso del prossimo anno.

fonte: https://www.businessmagazine.it/news/rice-university-risparmiare-energia-con-un-processore-impreciso_42201.html