Prozessoren Rechenfehler machen CPUs effizienter

Es klingt paradox, ist aber sinnvoll: Wenn sich ein Chip verrechnen darf, kann er effizienter gebaut werden. Wissenschaftler der texanischen Rice-Universität haben das Konzept schon fast bis zur Serienreife gebracht.

Wenn die Forscher der Rice-Universität von der Effizienz ihres neuen Chipdesigns sprechen, haben sie dabei alle Aspekte im Blick: die Leistungsaufnahme, die Rechenleistung und die Kosten der Herstellung. Bei Letzterem liegt auch der wesentliche Trick ihres Verfahrens, das sie als "Pruning" beschreiben, was sich frei mit "Beschnitt" übersetzen lässt.

Durch Codeanalyse haben die Wissenschaftler dafür untersucht, welche Teile einer Schaltung nur selten benutzt werden und diese einfach weggelassen. Das sorgt zwar für eine steigende Anzahl von Rechenfehlern, die aber bei manchen Anwendungen nicht ins Gewicht fallen. Rice nennt dafür unter anderem Videodigitalisierung und den Bau von Hörgeräten. Bei beiden Anwendungen sorgt die Wahrnehmung des Menschen wie bei einer Fehlerkorrektur dafür, dass auch die nicht ganz genauen Wiedergaben kaum als störend empfunden werden.

Das Bild ist auch bei vielen Fehlern noch erkennbar. (Bild: Rice University)

Ohne genaue Werte zu nennen, geben die Forscher bei einer Fehlerquote von 0,25 Prozent an, dass sich die Leistungsaufnahme des Chips um den Faktor 3,5 reduziert habe. Bei 8 Prozent Fehlern - die in den Beispielbildern aber schon deutlich wahrnehmbar sind - soll der Baustein 15-mal effizienter sein. Bei dieser Angabe der Effizienz sind aber offenbar auch wiederum die Fertigungskosten gemeint.

Schon im Jahr 2013 soll die Pruning-Technik in Seriengeräten zum Einsatz kommen. Entsprechende Chips sollen in dem Tablet I-slate verbaut werden, das für indische Schulen vorgesehen ist. Das Gerät soll sehr billig werden, daher müssen es auch die Chips darin sein. Neben der Rice-Universität waren auch das CSEM in der Schweiz, die kalifornische Berkeley-Universität und das NTU in Singapur an der Entwicklung beteiligt.

Ein ähnliches Konzept für Energieeffizienz hatte als Resilient Computing bereits 2010 auch CPU-Marktführer Intel vorgestellt. Dabei ging es jedoch nur um Rechenfehler durch elektrische Effekte, nicht durch das Weglassen von Teilen der Schaltung.