Процессор, использующий вероятностный подход вместо бинарной логики, позволит выполнять расчеты быстрее и с меньшими затратами энергии.

Процессор, представленный компанией Lyric Semiconductor, использует в своей работе не разряды 0 и 1, а электрические сигналы, соответствующие значениям вероятности. Это позволяет производить некоторые типы вычислений более простыми способами, добиваясь высокой энергоэффективности.

Статистические методы лежат в основе многих систем, поэтому вероятностные процессоры будут востребованы. Когда вы покупаете товар онлайн, интернет-магазин выдает вам рекомендации, основанные на вероятности. Проверка, позволяющая предупредить мошенничество с кредитной картой, также основана на вероятности. Письмо, приходящее на электронную почту, минует спам-фильтр, который также работает по вероятностному принципу.

Все эти примеры связаны с сопоставлением многих данных для того, чтобы выделить те, которые являются «подходящими» с наибольшей вероятностью. Реализация статистических вычислений на основе вероятностного процессора гораздо проще, чем для схемы с булевой логикой. Поэтому чип меньших размеров может сделать ту же работу быстрее. Однако Lyric Semiconductor еще предстоит доказать надежность и масштабируемость системы.

Обычные микрочипы, использующие двоичную логику (разряды 0 и 1), имеют в своей основе логические И-НЕ элементы (NAND gates). Каждый из таких элементов реализует бинарную операцию, называемую «штрих Шеффера» — логическое И-НЕ. А с помощью их комбинаций можно реализовать любую булеву функцию.

В вероятностном процессоре роль «элементарных блоков» играют Байесовские И-НЕ элементы. Байесовская вероятность названа так в честь английского математика Томаса Байеса, который заложил основы этой теории. Если обычный И-НЕ элемент имеет на выходе 1, если хотя бы один из входящих сигналов равен 0, то выходной сигнал Байесовского И-НЕ элемента отражает вероятность того, что обе «входящих» вероятности совпадают.

Lyric Semiconductor работает над проектом с 2006 года, но до недавнего времени компания не афишировала результаты. Частичную финансовую поддержку проекта оказывает DARPA. Военные заинтересовались возможностью применения вероятностных чипов для обработки искаженных (в том числе намеренно заглушаемых) радиосигналов, а также в системах машинного зрения, идентифицирующих объекты по их изображению.

В ближайшие три года Lyric планирует выпустить прототип вероятностного процессора общего назначения, промаркированный GP5, который может быть запрограммирован для решения статистических задач. И уже сегодня компания предлагает разработчикам портативных устройств вариант вероятностного чипа, который может повысить эффективность флэш-памяти.

Флэш-память хранит данные в виде «областей» с разным уровнем электрического заряда на поверхности микросхемы. Но эти области весьма неустойчивы, и даже незначительное изменение заряда может повлиять на целостность данных. Разница между 0 и 1 — всего порядка 100 электронов. В результате один из 1000 битов считывается неправильно. И в будущем, с уменьшением размеров и увеличением емкости флэш-накопителей, точность будет только падать. Среди 100 битов один окажется «ошибочным». Эта проблема выступает в роли «ограничителя», препятствующего дальнейшему уменьшению размеров и производительности портативных запоминающих устройств.

Существуют различные методы обнаружения и исправления возникающих ошибок. Например, с помощью вычисления контрольной суммы можно определить, что данные изменились, и рассчитать какие именно биты переключились из 0 в 1 (или наоборот). Для этого требуется выполнить некоторые статистические расчеты. А именно на них-то и специализируются вероятностные схемы.

Lyric совместно с одним из крупнейших производителей флэш-памяти провела испытания новых чипов в качестве устройств обнаружения ошибок. По сравнению с используемыми в данный момент, вероятностные схемы занимают в 30 раз меньше места и используют лишь 12% энергии. Разработчики рассчитывают, что устройства с вероятностными чипами внутри окажутся в руках потребителей не позже, чем через пару лет.

По сообщению Technology Review