Eletrônica

Processador probabilístico usa 30 vezes menos energia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/02/2009

[Imagem: Nanyang TU]

Chip baseado em probabilidades

Cientistas apresentaram o primeiro protótipo de uma arquitetura revolucionária de microprocessadores que faz cálculos aproveitando erros aleatórios. Além de rodar 7 vezes mais rápido do que um processador tradicional, ele consome 30 vezes menos eletricidade.

A capacidade de fazer cálculos precisos em alta velocidade é a qualidade fundamental da computação. Por isso pode parecer um pouco estranho a construção de um chip baseado em probabilidades, que faça cálculos usando bits que não são exatamente 0 e 1 - em vez disso, eles podem ser 0 ou 1.

Na verdade, um "bit indeciso" pode ser tão bom quanto um bit normal, dependendo da aplicação. Com a vantagem de gastar muito menos energia e ainda tirar proveito das interferências, ou ruídos, uma das maiores dores de cabeça dos projetistas dos processadores atuais.

A ideia de um bit probabilístico virou notícia mundial em 2005, quando o Dr. Krishna Palem lançou o conceito (veja Bits probabilísticos poderão estender a Lei de Moore).

PCMOS

Agora, mostrando que a nova arquitetura é realmente promissora, a equipe do Dr. Palem juntou-se a colegas da Universidade Tecnológica de Nanyang, em Cingapura, para construir o primeiro protótipo do chip probabilístico.

A nova arquitetura é chamada PCMOS, ou Probabilistc CMOS - CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) é a tecnologia utilizada na construção dos chips atuais. Como usa a mesma plataforma industrial, a fabricação da nova arquitetura de microprocessadores probabilísticos não exigirá a construção de fábricas totalmente novas, pois os equipamentos atuais poderão ser utilizados.

Lógica probabilística

Embora os chips PCMOS sejam baseados na mesma plataforma à base de silício, eles abandonam o paradigma da computação atual e suas regras matemáticas rígidas - chamadas de lógica booleana. Um chip PCMOS usa a lógica probabilística, uma nova forma de lógica desenvolvida por Palem e Lakshmi Chakrapani.

"Com essas vantagens significativas de velocidade e economia de energia que o PCMOS oferece, esta lógica será extremamente importante porque os fundamentos da física estabelecem que as futuras lógicas usadas em dispositivos à base de transistores irão necessitar de métodos probabilísticos," comentou Shekhar Borkar, da Intel.

Conforme ficam menores, os transistores de silício geram cada vez mais ruído, com interferências que prejudicam sua operação em malhas extremamente adensadas. Historicamente, os engenheiros têm lidado com isto elevando a tensão de operação desses transistores para superar o ruído e garantir que os cálculos sejam feitos com precisão. O efeito colateral óbvio dessa solução é a produção de chips cada vez mais quentes, literalmente, desperdiçando grandes quantidades de energia na forma de calor.

"O PCMOS é fundamentalmente diferente," explica Palem. "Nós baixamos a tensão dramaticamente e lidamos com os erros computacionais resultantes tratando os erros e as incertezas por meio da lógica probabilística."

Específico para uma aplicação

O protótipo do chip probabilístico é um circuito integrado específico para uma aplicação - chamado ASIC (Application-Specific Integrated Circuits) - feito para cálculos de criptografia.

É esse tipo de processador dedicado que é utilizado em telefones celulares, automóveis, brinquedos eletrônicos e em uma enorme variedade de outras aplicações. Já os chips dos computadores são conhecidos como processadores de uso geral, porque podem ser usados para inúmeras aplicações.

Agora os cientistas planejam testar a lógica probabilística em chips voltados para telefones celulares, placas gráficas e implantes médicos.