“模糊”處理器問世 15倍現(xiàn)有CPU性能

半個世紀(jì)以來，半導(dǎo)體行業(yè)一直在追求更精確的計(jì)算機(jī)芯片，以釋放更強(qiáng)大的性能，電路設(shè)計(jì)也是不允許出錯的，但是現(xiàn)在，科研人員們倒騰出來一種不精確的“模糊”處理器，允許偶爾的錯誤而改進(jìn)計(jì)算性能和資源能效，原型產(chǎn)品的能效就已經(jīng)比現(xiàn)有技術(shù)高出至少15倍。

“模糊”處理器

參與這項(xiàng)研究的專家來自美國休斯敦萊斯大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、新加坡南洋理工大學(xué)（NTU）、瑞士電子和微技術(shù)中心（CSEM）等科研機(jī)構(gòu)，他們的這項(xiàng)成果也在意大利卡利亞里舉行的計(jì)算前沿ACM國際大會上獲得了最佳論文殊榮。

這種模糊處理器的設(shè)計(jì)原理并不復(fù)雜：允許加乘單元之類的處理硬件犯一些錯誤，并且智能地管理出錯的概率和計(jì)算類型，比如拿掉數(shù)字電路中一些不常用的部分，研究人員們發(fā)現(xiàn)就可以一方面大幅度提高性能，另一方面同步明顯降低能耗。

允許錯誤以預(yù)設(shè)的頻率出現(xiàn)，能夠以大幅提高計(jì)算效率而沒有明顯的性能下降。只要這些錯誤以可控方式引入，并且操作的大多數(shù)重要部分已經(jīng)被保護(hù)起來免于出錯，在許多應(yīng)用程序中都是可以容許少許錯誤發(fā)生的，例如在音頻和圖像信號處理過程中，一個計(jì)算錯誤可能導(dǎo)致圖像或聲音微小的瞬時變形，但普通用戶是根本察覺不出來的。

視頻處理軟件在三種狀態(tài)下對比：傳統(tǒng)方法、相對誤差0.54%的不精確處理、相對誤差7.58%的不精確處理

另外，人眼就自帶了錯誤校正機(jī)制，使用不完全精確的加法器處理圖像，如果相對誤差不超過0.54%，人眼就基本無法分辨，而即時相對誤差達(dá)到7.5%，仍然可以獲得足夠分辨的圖像。

這項(xiàng)研究早在2003年就開始了。2011年的初步模擬測試表明，砍掉傳統(tǒng)設(shè)計(jì)微芯片的某些部分可以在三個方面提升性能：精簡的芯片速度快了一倍、所需能耗減少了一半、核心面積減少了一半。經(jīng)過進(jìn)一步的深入研究，他們已經(jīng)完成了一顆原型硅芯片，并且第一次對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了實(shí)地驗(yàn)證。

最新測試顯示，這種“修剪”可以將能耗減少3.5倍，計(jì)算結(jié)果與正確值的平均偏差為0.25%。再考慮到速度的翻番和面積的減半，這就相當(dāng)于獲得了7.5倍的能效提升，偏差達(dá)到大約8%的能效更是提升了15倍。