Sciencemag.cz
Doporučujeme
Aproximativní (přibližné) počítání umožňuje za cenu zanesení malé chyby do výpočtu významně redukovat příkon obvodů.
Nejprestižnější české ocenění za vědu a výzkum, cenu Česká hlava, získal Vojtěch Mrázek z Fakulty informačních technologií VUT.
Složité integrované obvody již nejsou doménou jen klasických počítačů, ale můžeme je najít v zařízeních, které každodenně používáme – mobilní telefony, nositelná elektronika, inteligentní senzory zapojené v internetu věcí a podobně. Tyto systémy mají typicky omezené zdroje elektrické energie, a to zvyšuje požadavky na návrh těchto systémů tak, aby měly co nejnižší příkon. Přestože moderní návrhové techniky příkon optimalizují, elektrická spotřeba těchto obvodů stále roste kvůli jejich složitosti. Nicméně existuje celá řada aplikací, kde nepotřebujeme získat úplně přesný výstup. Díky tomu se objevuje technika zvaná aproximativní (přibližné) počítání, která umožňuje za cenu zanesení malé chyby do výpočtu významně redukovat příkon obvodů. Pokud například u 2bitové násobičky budeme tolerovat, že 3 x 3 = 7 místo 9, ušetříme 26 % energie. Tuto techniku nelze aplikovat všude, ovšem u velké skupiny výpočetně náročných aplikací, jako je např. zpracování obrazu, velkých dat či neuronové sítě, si můžeme dovolit injekci chyb do určitých komponent. Otázkou je, kam přesně v komplexních obvodech obsahujících stovky prvků zanést chybu. Tím se Vojtěch Mrázek zabýval ve své disertační práci, která vznikla pod vedením Lukáše Sekaniny a Zdeňka Vašíčka.
Pro injekci chyby do digitálních obvodů Vojtěch Mrázek aplikoval evoluční algoritmy, které postupně modifikují obvod tak, aby se jeho parametry (chyba a spotřeba) zlepšovaly. Vzhledem k tomu, že se takových kroků provedou tisíce, je nutné se zaměřit na efektivitu návrhu a vyhodnocování parametrů kandidátních řešení. K tomu využívá matematických metod pro výpočet chyby, heuristických odhadů spotřeby a také provádí celou výpočetně náročnou optimalizaci na superpočítači. Podařilo se navrhnout aproximační obvody popsaných na různých úrovních – od tranzistorů, přes základní hradla až po spojování větších funkčních celků. Hlavním přínosem práce je, že se podařilo úspěšně spojit dva obory (evoluční optimalizaci a návrh elektroniky) – použít stochastickou prohledávací metodu na vyřešení reálných problémů v návrhu integrovaných obvodů a překonat řešení navržená člověkem. Za to byli Vojtěch Mrázek se svými kolegy oceněni cenou HUMIES v Japonsku. Tisíce navržených obvodů představujících různé kompromisy mezi chybou, příkonem a výkonností publikovali tak, aby je ostatní výzkumníci byli schopni použít přímo ve svých aplikacích a nemuseli se zabývat jejich návrhem.
