9 februari 2009
Onderzoekers van de Rice University en de Singaporese Nanyang Technological University hebben een nieuwe soort processor ontwikkeld, die de Booleaanse regels negeert en berekeningen maakt op basis van kansen. De chips zouden sneller en zuiniger zijn. Een conventionele processor maakt gebruik van Booleaanse logica, waarbij handelingen op basis van 'AND' of 'NOR' (e.d.) worden uitgevoerd. Krishna Palem, de Kenneth and Audrey Kennedy Professor of Computing aan Rice University, en student Lakshmi Chakrapani ontwikkelden een alternatief voor de bestaande processortechnologie: PCMOS. Deze techniek ('probabilistic cmos') is in overeenstemming met de gangbare CMOS-techniek, maar maakt gebruik van waarschijnlijkheden om getallen en uitkomsten te manipuleren. Palem en Chakrapani ontwikkelden een waarschijnlijkheidslogica voor de processoren. Ze functioneren bij een veel lagere spanning (wel dertig keer minder) dan normale processoren. Wanneer fouten onwenselijk zijn, zoals bij conventionele logica, dient de spanning waarmee de elektronica werkt verhoogd te worden. De spanning van pcmos-componenten mag echter veel lager zijn, waarbij de optredende fouten door de waarschijnlijkheidsalgoritmes worden opgevangen.
Ook de snelheid van de nieuwe chips kan dankzij de lage spanning en hoge foutmarge enkele malen groter dan die van conventioneel silicium zijn. De onderzoekers hebben een proof-of-concept ontwikkeld dat voor encryptie kan worden ingezet. PCMOS is voor die toepassing bij uitstek geschikt, omdat versleuteling kan profiteren van de willekeur die door fouten in de logica wordt veroorzaakt. Ook chips voor grafische toepassingen zouden van de techniek kunnen profiteren. Palem denkt de chips binnen vier jaar voldoende ontwikkeld te hebben om toepassingen in embedded apparatuur, waaronder mobieltjes, mogelijk te maken. 'A significant achievement here is the validation of Rice's probabilistic analogue to Boolean logic using PCMOS', zo zegt Shekhar Borkar, Fellow van Intel en directeur van Intel’s Microprocessor Technology Lab. 'Coupled with the significant energy and speed advantages that PCMOS offers, this logic will prove extremely important because basic physics dictates that future transistor-based logic will need probabilistic methods'. PCMOS werd ontwikkeld in een door Rice en NTU opgericht instituut in 2007, het Institute for Sustainable Nanoelectronics (ISNE). Het instituut wordt geleid door Palem, waar de PCMOS-prototypes werden ontwikkeld in samenwerking met professor Yeo Kiat Seng en zijn team. 'The prototypes are application-specific integrated circuits, or ASICs, that are designed solely for encryption. Unlike the general-purpose microprocessors that power PCs and laptops, ASICs are designed for a specific purpose, and they are embedded by the millions each year in a growing constellation of products like automobiles, cell phones, MRI scanners and electronic toys', zo zegt Palem. 'The key is to consider the value that the computed information has for the user', zo zegt Palem. 'Our goal is green computing. We're looking for applications where PCMOS can deliver as well as or better than existing technology but with a fraction of the energy. If PCMOS can slash energy use for embedded ASICs in key devices, the implications are enormous. For consumers, it could mean the difference between charging a cell phone every few weeks instead of every few days. Globally, that would help reduce the information technology industry's carbon footprint. Based on our findings, we view PCMOS as a path to help IT become more 'green' even as it keeps pace with Moore's Law'.
