Вероятностные микросхемы узаконят ошибки

Ошибающиеся процессоры - это не обязательно результат брака. Если в микросхемы заранее закладывать возможность считать с погрешностью, это поможет снизить энергопотребление.

Предсказания, пророчащие прекращение действия закона Мура, могут в очередной раз не оправдаться. Одна из идей, способных помочь этому - вероятностные микросхемы. Пару лет назад они были лишь интересной концепцией, зато теперь дело потихоньку продвигается к первым прототипам.

Как правило, в компьютерах логические нули и единицы различаются благодаря смене напряжения. Слишком сильно понижать напряжение нельзя, потому что тогда возрастает вероятность ошибок - отсюда и требования к питанию и, как следствие, охлаждению современных процессоров. Но что, если снизить напряжение и позволить процессору иногда ошибаться в вычислениях? На первый взгляд, последствия должны быть катастрофическими, но, как оказалось, ошибающийся процессор вполне пригоден для многих задач. Главное - знать вероятность ошибки.

В Политехническом институте штата Джорджия работают как раз над такой технологией. PCMOS - вероятностные КМОП, в логику которых заранее закладывается возможность ошибки. В качестве упрощённого примера такой микросхемы можно привести блок умножения, где логические элементы, отвечающие за старшие разряды работают под большим напряжением нежели те, что отвечают за младшие. В итоге результат умножения будет содержать некоторую погрешность, но лишь начиная с определённого знака.

Понятно, что вычислительная машина, сообщающая, что 2 в десятой степени будет "примерно тысяча" нужна далеко не всегда, и никто не собирается доверять ей выполнение программ, написанных для обычных микропроцессоров. Зато когда дело касается взаимодействия с человеком, особая точность вовсе не требуется. К примеру, вероятностный сопроцессор вполне может работать с графикой или звуком - лёгкие погрешности просто не воспринимаются человеческими органами чувств.

Такие сопроцессоры будут потреблять меньше энергии, выделять меньше тепла, а в перспективе - выполнять операции быстрее обычных. Если сегодня реализованы лишь простейшие операции, то уже скоро на них будут построены куда более сложные схемы. Для их воплощения понадобился даже специальный математический аппарат, находящийся на стыке математической статистики и теории множеств. В будущем потребуется и специальное программное обеспечение, умеющее работать с сопроцессором.

Обработка видео и аудио - не единственные возможные сферы применения новой технологии. Перспективнее всего, пожалуй, использовать их в тех областях, где и так правят бал погрешности и статистика - распознавание речи, рукописного ввода или любых других образов. Начни приспособленные для этих задач чипы работать быстрее и потреблять меньше энергии, не исключено, что вскоре появятся мобильные устройства с поистине фантастическими возможностями.