USA's forsvar satser på analoge computere til droner

Transistorer kræver for meget energi. Derfor vil det amerikanske forsvar udvikle analoge computerchips, der skal sænke strømforbruget i blandt andet droner.

Data i en digital computer, som den, du højst sandsynligt læser denne tekst med, er repræsenteret ved et-taller og nuller. Hvorvidt der er tale om det ene eller det andet, styres af spændingen i computerens transistorer. En transistor kan via skift i spænding bringes i en tilstand, der repræsenterer enten et eller nul. Men det vil det amerikanske forsvar nu lave om på.

Der er nemlig energikrævende at få en transistor til at skifte tilstand, så den entydigt indikerer et rent et-tal. Derfor vil Darpa (Defense Advanced Research Projects Agency) under det amerikanske forsvarsministerium nu udvikle en computerchip, der kan fungere, selvom en transistor ikke entydigt indikerer et et-tal, skriver Wired.com

Forskningsprojektet under Darpa har fået navnet Upside, hvilket står for Unconventional Processing of Signals for Intelligent Data Exploitation, som kan oversættes til noget i retning af 'ukonventionel signalbehandling til intelligent udnyttelse af data'.

Det går nærmere bestemt ud på at udvikle analoge processorer, der skal behandle billeddata ved at regne på sandsynlighed og ikke entydige et-nul-indikationer fra transistorer. En analog computer kan bygges, så den bruger noget mindre strøm end sit digitale modstykke - til gengæld kan sandsynlighedstilgangen betyde, at den regner forkert fra tid til anden.

Men enkelte fejlberegninger i forbindelse med eksempelvis billedrendering gør ikke nødvendigvis så meget. Analoge computere til billedbehandling er da netop også målet med Upside-projektet.

Moores lov vs. batterier

Leder af projektet Daniel Hammerstrom forklarer, at de computersystemer, der sidder om bord på droner og behandler billeddata, har nået en blindgyde. Ikke hvad processorkraft angår, men det er et problem at holde computerne forsynede med energi.

For mens Moores lov, der tilsiger en fordobling i regnekraften hver 18. måned, har fungeret for processorernes vedkommende, så har batteriudviklingen ikke kunnet holde trit.

Og derfor er de analoge computerchips interessante i drone-sammenhæng, da de analoge systemer kan levere en høj ydeevne og bruger mindre strøm end de digitale modstykker.

»Noget af det, der er sket i løbet af de seneste 10 til 15 år, er, at skaleringen af energi er stoppet. Effektiviteten af regnekraft stiger ikke særlig hurtigt,« siger Hammerstrom ifølge Wired.

Tanken om at lave analoge computersystemer er ikke ny og kan faktisk dateres helt tilbage til 1950'erne, fortæller Ben Vigoda, leder af Analog Devices Lyric Labs Group til Wired. Han fortæller desuden, at interessen for teknologien er steget gennem de seneste ti år, og Ben Vigoda forventer, at Darpa-projektet vil sætte yderligere skub i den udvikling.

»De bringer en spirende teknologi ind i rampelyset,« siger han.

Upside er sat til at løbe over 54 måneder, fordelt på to faser. I den første fase skal virksomheder bygge chips, der bygger på sandsynlighedsprincipper (modsat rene nuller eller et-taller). I anden fase skal der udvikles mobile systemer til billedbehandling ved at anvende chipsene fra første fase.

Dokumentation

Wired: Darpa Has Seen the Future of Computing … And It’s Analog

Kommentarer (9)

Hvis der er noget en transistor er så er det en analog komponent! At den så i den digitale brug bringes enten i mætning ('1') eller i "off" ('0') det gør den ikke til en mindre analog komponent!

  • 0
  • 0

Er der ikke bare tale om fuzzy logic? Det blev i firserne udråbt som "det nye sort" (ligesom neurale netværk) og siden har ingen hørt om det. Sikkert af gode grunde.

  • 0
  • 0

Er energien der skal bruges til at holde skidtet flyvende ikke en kæmpe faktor større end hvad man kan bruge i chippene...? Eller er det til langtids-luftskibs-droner?

De to har intet med hinanden at gøre.

Electronics folkene sidder i bygning C og propulsion sidder i bygning B. Og de kan iøvrigt ikke holde hinanden ud. Så det er klart det giver mere mening at udvikle en helt ny måde at gøre elektronik på.

Endeligt så er der problemet at flyet er så hårdt kravs-specificeret at det ikke kan lade sig gøre, bare at gøre det en anelse større. Endnu en god grund til at opfinde noget fra bunden.

  • 0
  • 0

Ikke for at kritisere artiklen, den bygger jo på amerikanske kilder, og det er ikke uden faktuelle fejl.

Den analoge computer blev opfundet af tyskeren Helmut Hoelzer. Han opfandt metoden i forbindelse med udviklingen af A4 raketten (V2) i Penemünde i 1943.

For en gennemgang kan jeg anbefale:
http://fafner.dyndns.org/~vaxman/publicati...

For dem som ønsker den lette computer, er ideen i en 'analog computer' at 'værdien' f.eks. af en funktion bliver opfattet som en spænding (U) og ikke som et binært signal. Det giver f.eks. mulighed for at løse differential ligninger direkte over kredsløb, frem for at 'programmere'.

Hoelzer benyttede dette princip til at lave aktiv styring til A4-Raketten - det såkaldte Mischgerät, som direkte styrede roret (Strahlruder) på A4.

Hvis man ønsker at få mere info på den type problemer, så vil jeg henvise til Peter Madsen & Co her på ing.dk

Hyggelig læsning.

  • 0
  • 0

Kunne en lavt hængende frugt ikke være asynkrone digitale kredsløb.
de har ingen klokfrekvens de arbejder ved - et asynkront kredsløb leverer et svar når det er færdigt med at arbejde.

Der er nogen der har lavet en ARM mikroprocessor som et asynkront digital kredsløb, og det ser ret interessant ud, selv det er lidt længe siden nu:
http://apt.cs.man.ac.uk/projects/processor... [PDF fra år 2000].

  • 0
  • 0

I mange tilfælde, er det et stort problem, at holde energien lav, i analoge kredsløb. Ofte er energiforbruget lavere i et digitalt kredsløb, som programmeres til samme funktion.

Kunne en lavt hængende frugt ikke være asynkrone digitale kredsløb. de har ingen klokfrekvens de arbejder ved - et asynkront kredsløb leverer et svar når det er færdigt med at arbejde. Der er nogen der har lavet en ARM mikroprocessor som et asynkront digital kredsløb, og det ser ret interessant ud, selv det er lidt længe siden nu: http://apt.cs.man.ac.uk/projects/processor... [PDF fra år 2000].

Asynkrone kredsløb, er specielt interessante, i forbindelse med processorens hastighed, fordi de netop giver information om, hvornår svaret er færdig. Og energiforbruget er også meget lavt. Det er korrekt, at mange asynkrone processorer, har lavt forbrug, i forhold til synkrone.

Dog, så har det ikke så meget med at gøre, at de er asynkrone - men mere med at gøre, at der ikke gøres noget for, at spare på energiforbruget i de synkrone. Laver du et fornuftigt synkront design, med komponenter der har lavt energiforbrug, og få skift, så kan du opnå et ligeså lavt forbrug.

Det, at klokke en flipflop, kræver stort set ikke energi. Dels, er muligt at gate klok, og det er også muligt, at anvende en selvinduktion, til at ophæve klokkens energiforbrug. Det, som kræver energiforbrug, er selve skiftet fra 0 til 1, eller 1 til 0 i flipfloppen, mens at energiforbruget er lavt, hvis der ikke er skift. En asynkron flipflop, koster mere energi, end en god digital synkron. Den asynkrone handshaking, kræver også energiforbrug, og ofte, så tyr man til self-timede dele, for at reducere forbruget.

Ved asynkrone kredsløb, bruges ofte dynamisk N-MOS logik, og det er måske en af årsagerne til det lave energiforbrug. I almindelig CMOS logik, bruges masser af energi, på at skifte energien på P-MOS transistorer, der ikke skifter ved N-MOS teknik.

Problemet med almn. chip design, er at det idag ikke laves af elektronikingeniører, som ved hvad de gør, men af softwarefolk der koder VHDL. De aner ikke, hvordan transistordesignet bliver, og de ved ikke, at det at ikke bruge d-flipflops, men latches, som distribueres over kredsløbet, ofte giver både et hurtigere, og bedre design, med færre spikes. Og derfor også et lavere energiforbrug.

Hvis du bruger asynkron logik, så er der taget højde for det. Resultatet er IKKE optimalt. Men, det er bedre, end et "dumt", tvivielt digitalt design.

Hvis dem, der laver det digitale design, har kendskabt til de samme teknikker, som bruges ved asynkron logik, f.eks. CVSL logik, dynamisk logik, 2-fase design, distribuering af latche over kredsløbet, induktioner til at ophæve capacitet, og clock-gating teknikker, så opnås nemt, et design, der ikke har højere energiforbrug, end et asynkront design.

Hvis man idag, har fået lavet automatisk designværktøjer til asynkront design, så mener jeg at det nok er det bedste valg. For du undgår masser af manuelt tænkearbejde, og kan stort set bare indtaste ligninger, eller et VHDL program, og få en asynkron chip lavet automatisk.

  • 0
  • 0