改善芯片 不走寻常路

电路设计通常是不允许出错的。但新研究表明，在简单电路中引入可控数量的错误可以使电路的运行速度加倍，并且使能量损耗和尺寸都减半。

支持这项工作的研究人员正在使用该方法设计助听器，希望延长其电池寿命。这种方法也可以改进显示器和照相机中使用的专业电路的效率。

莱斯大学（Rice University）的计算机教授克里希那·帕莱姆（Krishna Palem）领导的研究人员已经设计出了一种算法，可以在容许固定错误率的条件下修改电路设计以使其更加高效。上周在法国格勒诺布尔（Grenoble, France）召开的DATE11大会上，帕莱姆实验室的研究人员展示了他们的工作。

允许错误以预设的频率发生，可以较大幅度的提高效率而没有明显的性能下降。只要这些错误以可控方式引入，并且操作的大多数重要部分已经被保护起来免于错误，在许多应用程序中都是可以容许少许错误发生的，例如，在音频和图像信号处理过程中。一个计算错误可能导致图像或声音微小的瞬时变形，但这些是不会被人们察觉的。

为了减少能量损耗而降低电路电压的方法会引入错误。当电压降低时，电路的一些部分运行变慢而导致错误。计算机科学家已经制作出了各部分电压可调的芯片。但是这些设计比较复杂，也会增加芯片的尺寸。

帕莱姆说，“你可以把电路想象成道路网。”信息流经一个电路时，某些路径比较拥挤，有一些几乎空闲。莱斯大学研究小组的算法分析了一个电路中哪些路径是可以“被修剪的”，引入容许数量范围内的错误。帕莱姆解释道，“我们在电路中运行音频文件，通过一系列诊断试验寻找活跃性分别为高中低的区域。”

莱斯大学研究小组与瑞士电子和微技术中心（Switzerland Center for Electronics and Microtechnology）的研究人员合作制造并测试被修剪过的电路。他们发现新电路的运行速度是之前的两倍，能量损耗减半，有8%的错误量级。帕莱姆说，“收获大于付出。”这个错误率是在视觉和听觉这样的感知任务容许范围内的。

斯坦福大学电子工程和计算机科学助教萨巴辛·密特拉（Subhasish Mitra）说，在以前，容错的电路设计工作并没有如此系统。他指出，莱斯研究小组用一个非常简单的电路证明了这种设计方法。他认为，在更复杂的系统上进行这项工作将是个挑战。

例如，研究人员喜欢使用这种方法来延长笔记本电脑或手机的电池寿命。但是这些设备都具有复杂的微处理器，它们由许多电路组成，集成在多核中。密特拉说，“建立一个全面的系统时，必须确定你在增加价值，并且系统足够坚强以对抗错误。”

帕莱姆希望首先在简单系统中证明修剪电路的理念：比如在助听器的数字信号处理模块中。他的研究小组与新加坡南洋理工大学（Nanyang Technological University）的神经系统科学家合作，这些科学家正在测试项目中建立人类听力模型。帕莱姆说，“我们不知道耳朵关心哪些信息。”神经系统科学家将在大约六个月之内完成研究，帕莱姆的研究小组将把人类耳朵的容错限度反馈到电路设计过程中。他说，“我们希望在年底能出来一个设计。”