在過去的50年中，“精確”是整個計算機芯片行業(yè)始終追求的目標。然而，美國賴斯大學的研究人員表示，他們新開發(fā)的則是“非精確”（inexact）計算機芯片。這種芯片的設計由于允許處理過程偶爾出現(xiàn)錯誤，因此提高了芯片的處理能力和資源的使用效率。

近日，在意大利召開的計算機協(xié)會（ACM）國際計算前沿會議上，研究人員展示了他們開發(fā)的計算機芯片樣品，同時關于非精確芯片的論文獲得了大會最佳論文獎。據(jù)悉，參與研究項目的科研人員除來自賴斯大學外，還有的來自新加坡南洋工學院、瑞士電子和微技術中心以及美國加州大學伯克利分校。

允許出現(xiàn)適當錯誤來減少能耗

研究項目負責人、可持續(xù)和應用信息動態(tài)研究所（由賴斯大學和南洋工學院合辦）主任克瑞西納•帕萊姆表示，他們的研究始于2003年，新的進展說明人們有可能從非精確芯片的研究和應用中獲得極大收益，其性能達到并超過了研究人員原有的期望。

目前，可持續(xù)和應用信息動態(tài)研究所正與瑞士電子和微技術中心合作，共同研發(fā)耗電少的下一代非精確芯片新技術。計算機協(xié)會國際計算前沿會議聯(lián)合主席、惠普實驗室著名技術專家保羅•法拉伯奇說，關于非精確芯片的論文得到了此次會議所有分會同行的最高評價，近似計算的研究完全符合計算前沿會議的前瞻性特征，它為低能耗地綜合利用非精確硬件和傳統(tǒng)處理元件打開了大門。

研究人員說，非精確芯片低能耗概念十分簡單，那就是允許處理單元出現(xiàn)適當?shù)腻e誤而減少能耗。通過聰明地管理處理錯誤率和限定產(chǎn)生錯誤的計算，芯片研究人員發(fā)現(xiàn)，他們能夠在減少能耗的同時極大地促進芯片性能。

“修剪”是非精確芯片設計方法的一個例子，它是指去掉傳統(tǒng)芯片數(shù)字電路中某些很少使用的部分。另一個例子名為“電壓限制調(diào)節(jié)”，它用損失部分計算性能來提高處理速度以實現(xiàn)進一步減少能耗的目標。

在2011年的測試中，研究人員發(fā)現(xiàn)，通過“修剪”傳統(tǒng)設計芯片，能以3種方式提高芯片的性能：速度提高兩倍、能耗減少50%以及尺寸縮小一半。在新完成的研究中，他們深入鉆研并將更多理念用于最初的芯片處理元件中，將芯片能耗、尺寸和速度方面的收益因素考慮進來，非精確芯片的效率比普通芯片提高了7.5倍。如果讓芯片的出錯率達到8%，那么非精確芯片的效率將提高15倍。

非精確芯片已投入多種應用

瑞士電子和微技術中心負責合作項目的研究人員克里斯蒂安•恩茲表示，某些特殊的應用能夠容忍相當大的錯誤。舉例來說，人眼本身具有錯誤糾正機制，利用非精確加法器來處理圖像顯示，小于0.54%的錯誤幾乎難以察覺，而錯誤率高達7.5%時仍可獲得可辨認的圖像。

帕萊姆認為，“修剪”技術先期的應用可以是特殊應用處理器方面，如用于助聽器、照相機和其他電子產(chǎn)品的芯片上。

非精確芯片是可持續(xù)和應用信息動態(tài)研究所開發(fā)的I平板教育電腦的主要部件，該電腦成本低廉，專門為印度無電力供應和缺少教師的學校所設計。印度官方還在今年3月宣布了未來3年為初中和高中提供5萬臺I平板電腦的計劃。

I平板電腦的硬件和圖像內(nèi)容已在開發(fā)中，非精確芯片的使用有望將能耗減少50%，能夠使用小型太陽能電池板為其提供電能，如同常見的太陽能計算器。帕萊姆表示，擁有非精確芯片的首臺I平板電腦和助聽器樣機將在2013年推出。

與傳統(tǒng)的圖像處理（左）相比，利用非精確加法器來處理圖像，小于0.54%的錯誤幾乎難以察覺（中），而錯誤率高達7.58%時仍可獲得可辨認的圖像（右）。

非精確芯片原型