Fehlertolerante Chips schneller und effizienter

Einen Computerchip, der bei seinen Berechnungen mehr Fehler machen darf und dafür schneller und effizienter ist, haben Forscher der Rice University, der Nanyang Technological University in Singapur, des Schweizer Zentrums für Elektronik und Microelektronik sowie der University of California Berkeley entwickelt.

Die Forscher zeigten auf der in dieser Woche stattfindenden ACMInternational Conference on Computing Frontiers in Cagliari die ersten nach diesem Konzept entwickelten Prototypen. Das Grundprinzip dieser Chips liegt darin, dass der Hardware eine bestimmte Menge an Rechenfehlern erlaubt wird, die aber durch eine vorhergehende Kontrolle, wo diese Fehler genau auftreten dürfen, beschränkt sind. Auf diese Weise war es den Forschern möglich, einerseits den Energiebedarf der Chips zu senken und andererseits im gleichen Atemzug deren Geschwindigkeit zu erhöhen.

Am folgenden Bild werden die Auswirkungen dieser Methode illustriert. Das Bild zur Linken basiert auf „traditioneller“ Berechnungsweise, das mittlere wurde mit einer Fehlertoleranzrate von 0,54 Prozent, des Bild zur Rechten mit einer von 7,58 Prozent berechnet. Das rechte Bild ließ sich laut Angaben der Universität um das 15-fache schneller berechnen als das linke, fehlerfreie Bild.

Die entsprechenden Qualitätsverluste sind allerdings ebenfalls deutlich sichtbar. Angesichts des Verwendungszweckes solcher Chips dürfte das aber verschmerzbar sein. Derartige Zugewinne bei der Leistung und der Energieersparnis sind laut den Forschungsergebnissen zudem auch mittels simpler Beschneidung von Chips möglich. Die Wissenschaftler entfernten dabei selten genutzte Teile eines Chips, was sich sowohl positiv auf den Verbrauch als auch auf die Geschwindigkeit auswirkte. Zudem konnte – logischerweise – auch die Chipgröße reduziert werden.

Allerdings schränkt diese Methode auch die Vielseitigkeit der Chips ein, sodass ihre Anwendungsbereiche wohl stark jenen eines RISC-Prozessors ähneln werden. Das bestätigen die Forscher auch insofern, als dass sie für diese Chips monotone „anwendungsspezifische“ Nutzungen vorschlagen – wie etwa in Hörgeräten oder Kameras, wo bei bestimmten Aspekten Fehlertoleranz vertretbar oder vielleicht sogar notwendig ist und die Vorteile des Designs ebenfalls willkommen sind.

Ein Projekt, in dem diese Chipart genutzt werden soll, ist bereits vorhanden. Es handelt sich dabei um recht einfach gehaltene Schulcomputer für Kinder aus dem indischen Distrikt Mahbubnagar, wo 50.000 sogenannte I-Slate-Computer an Schüler ausgegeben werden sollen.

Diese Geräte müssen mangels entsprechender Elektrifizierung der überwiegend landwirtschaftlich geprägten Gegend tunlichst mit Solarenergie auskommen, wodurch sparsame Chips besonders von Nutzen sind.