Professor Krishna Palem på Rice University i Houston har fundet en brugbar løsning på et af processorfabrikanternes kæmpeproblemer - at processorchips bliver stadig varmere, jo mere chipteknologien skrumpes og klokhastigheden sættes op.

Krishna Palem og hans forskningsassistent Lakshmi Chakrapani har nu demonstreret, at hastigheden i en enkelt processorchip kan syvdobles, samtidig med at varmen nedsættes til mindre end en tredivtedel. Han bakkes op af chipfabrikanten Intel, og han forventer, at coprocessorer af den nye slags vil komme på markedet i løbet af fire år.

»Resultaterne har vist sig at være langt bedre, end vi turde håbe på,« siger Krishna Palem til avisen Houston Chronicle.

Professor Palem har netop fremvist sin allerførste ASIC-chip på International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) i San Fransisco, som afvikles i disse dage.

Hans demonstration er blevet bemærket i chipindustrien.
For her har forskere i de seneste år talt om en "varmemur", som bremser udviklingen mod stadigt hurtigere computere.

Den meget anerkendte "Moores lov", som først blev iagttaget af Gordon Moore, en af Intels grundlæggere. Ifølge denne lov fordobles antallet af transistorer per chip for hvert 18. måned. Den nyeste Xeon-processor rummer således 2,3 milliarder transistorer. Men hvis Moores lov fortsætter med at gælde, bliver fremtidens processorer varmere, end de kan tåle, og så må udviklingen standse.

Af samme grund er de store chipfabrikanter i fuld gang med at putte flere processorer på samme processorchip. For dermed kan den samlede regnekraft alligevel øges betydeligt, selv om klokhastigheden kun får små procentvise forbedringer. Det giver til gengæld andre problemstillinger, for multiprocessorchips kræver, at software skrives på en helt anden måde end hidtil.

En særlig teknik til særlige opgaver
Krishna Palem's resultat giver imidlertid en teknologi, som ikke kan bruges til alting. Den har sine begrænsninger, for nogle typer beregninger skal være præcise. Og derfor er tanken, at den skal bruges i coprocessorer snarere end i generelle processorer.

Ideen er, at ikke alle beregninger behøver at være helt korrekte helt ud i yderste ciffer bag kommaet. Ved at indgå nogle velvalgte kompromisser i beregningsalgoritmerne kan hastigheden sættes gevaldigt i vejret, og samtidig kan strømforbruget nedsættes betydeligt.

Et eksempel er beregning af grafikelementer eller digital-til-analog konvertering. Der er så mange farveelementer på en moderne skærm, at små og ubetydelige farvefejl kan forekomme, uden at man bemærker det. Eller måske en lille smule ekstra støj i lyden i en mobiltelefon. Til gengæld får man foræret en stor hastigheds- og strømbesparelse.

Den nye chiptype kaldes PCMOS (Probabilistic CMOS), og rent teknisk er der tale om at erstatte boolsk logik med sandsynlighedslogik. (se link til forskningsartiklen)

Ifølge forskningsartiklen er PCMOS særlig effektiv, når det drejer sig om at arbejde med et ultralavt energiniveau.
Eksempelvis bruger chippen 2000 gange mindre strøm til at generere en tilfældig bit end den såkaldte Park-Miller Algoritme, som bruges i nutidens hardware.

Princippet om at handle lidt med nøjagtigheden er velkendt
Den danske algoritmeforsker, professor Lars Arge fra Aarhus Universitets Center for Massive Data Algortihmics, siger:

»Det er en kendt ide i algoritmeverdenen, at nogle opgaver kan være meget ressourcekrævende at løse helt præcist, men hvis man tillader en vis fejlrate, så kan man typisk løse opgaven meget hurtigere og meget simplere, for eksempel problemet "travelling salesman", hvor man skal finde en optimal rute mellem byer. Så jeg forestiller mig, at disse amerikanske forskere har implementeret sådanne ideer i hardware. Det er supersmart. Vi gør noget tilsvarende her på centeret, hvor vi garanterer, hvor tæt vi kommer på det rigtige resultat.«

En nødvendig teknik for kommende chips
Lederen af Intels Microprocessor Technology Lab, Shekhar Borkar, er ikke i tvivl om, at den nye teknologi er helt nødvendig.

»Denne sandsynlighedslogik bliver ekstremt vigtig, fordi den grundlæggende fysik dikterer, at fremtidens transistorlogik skal bruge sandsynlighedsmetoder,« siger han til Houston Chronicle.