Ciemny krzem usprawni elektronikę

Inżynierowie z University of California w San Diego opracowali nowy typ specjalizowanych, energooszczędnych układów scalonych dla smartfonów. Co ciekawe, ich metoda pozwala błyskawicznie zaprojektować chip dostosowany do konkretnej aplikacji.

Typowy, współczesny procesor składa się z wielu bloków funkcjonalnych, wykonujących określone typy operacji, przetwarzające określone typy danych. Jedne z nich są wykorzystywane intensywnie, inne rzadziej. W energooszczędnych procesorach dla urządzeń przenośnych dochodzi kwestia zasilania - obostrzenia pod tym względem sprawiają, że całe bloki procesora pozostają słabo wykorzystane. Takie „niedowykorzystane" obszary układu scalonego nazywa się ciemnym krzemem.

Michael Taylor i Steven Swanson, specjaliści od informatyki i projektowania układów elektronicznych postanowili słabość przekuć na atut. Uznali, że w przypadku specjalizowanych urządzeń przenośnych - jak smartfony, które wykonują najczęściej podobne programy, mądrzejsze od uniwersalnych procesorów będzie zastosowanie układów specjalizowanych. Oczywiście układy specjalizowane już istnieją - zajmują się na przykład przetwarzaniem grafiki. Ale zespół inżynierów z UCSD poszedł dalej - postanowił dopasować projekt procesora do wykorzystania przez konkretne aplikacje. Taki układ wykonywałby efektownie określony zestaw funkcji, nie tracąc energii na zasilanie zbędnych tranzystorów.

Takie układy również istnieją, to na przykład specjalizowane chipy do dekodowania muzyki MP3 w tanich odtwarzaczach. Ale zaprojektowanie takiego „procesora na miarę" to proces czasochłonny i kosztowny, dlatego nieczęsto spotykany. I tu objawia się rewolucja w podejściu, zaprezentowana przez zespół Taylora i Swansona. Oni ten proces zautomatyzowali. Powstała aplikacja, która analizując kod źródłowy aplikacji (lub ich zestawu) samodzielne tworzy procesor „przycięty" do tych właśnie zastosowań. To wielki krok naprzód w dwóch dziedzinach jednocześnie - jak uważają twórcy rozwiązania - zarazem w dziedzinie projektowania procesorów, jak i projektowania urządzeń przenośnych.

Pierwszy projekt, który opuścił pracownię zespołu, to GreenDroid, specjalizowany chip przeznaczony do smartfonów z systemem Android. To najlepszy obszar takich zastosowań - urządzenia tego typu wykonują przede wszystkim jeden, zbliżony zestaw operacji. GreenDroid wykonuje operacje typowe dla systemu i najczęściej używanych aplikacji i jest w tym bardzo efektywny - zużywa, w przeliczeniu na pojedynczą instrukcję, aż jedenaście razy mniej energii. Pozostałe operacje, mniej typowe, nadal wykonuje procesor ogólnego zastosowania, ale nawet licząc zużycie energii przez główny procesor, nowe rozwiązanie jest siedem i pół raza oszczędniejsze.

ciemny krzem automatyczne projektowanie układów scalonych procesory specjalizowane Android GreenDroid Michael Taylor Steven Swanson UCSD