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美《技术评论》评出2008年十大新兴技术
世界科技报道 ( 日期:2008-02-28 10:18)

  来源:科技日报  

  帕勒姆已开发了一种用计算精度的微小损失来换取耗电明显减少的芯片制作技术。他的概念有一个很长的名字叫“概率互补金属氧化物半导体技术”,简称PCMOS。帕勒姆的依据是,对于许多应用领域,特别是像音频或视频处理这样的领域,最后的结果并不是一个数字,因此追求最高精度是没有必要的。相反,芯片可设计成某一时段产生正确的答案,但在其他时段只需接近正确答案即可。帕勒姆认为,由于产生的误差很小,因此得出的结果,从本质上来说,足够接近就已经相当好了。世界科技报道

  微芯片每次运算基于晶体管将对施加电压作出响应时流经它们的电子标示为一个“1”或一个“0”。但是电子不停地流动,会产生电噪声。为了克服噪声和保证晶体管标示正确的值,大部分芯片运行在一个相对较高的电压下。帕勒姆的想法是降低一个芯片的部分运行电压,尤其是运算最不重要位元(比如运算数字21693中的个位数字3)的逻辑电路。由此导致的信噪比的降低意味着这些电路偶尔会得出错误的答案,但工程师们可以计算出对任一特定电压下得出准确答案的概率。帕勒姆称,将计算的准确率放宽一些,哪怕是一点点,都能产生明显的节电效应。

  在几年之内,采用这样设计的芯片可以提升诸如音乐播放器和手机等移动设备内电池的使用寿命。但在10年后,帕勒姆的想法可产生更大的影响力。届时,硅晶体管将是如此的小,以至于工程师们已不能精确地控制它们的行为:晶体管将具有内在的随机性。于是,帕勒姆的技术对延续摩尔定律变得更为重要,晶体管密度呈指数级增长,从而计算能力已将持续40年。

  帕勒姆于2002年开始实施他的想法时,对PCMOS背后的原理是“相当普遍”的这一推论也曾有过怀疑。但2006年,他的观点改变了。他和他的学生模拟了一个PCMOS电路,作为处理手机视频流芯片的一部分,然后与现有芯片的性能进行比较。他们在一次技术会议上进行了展示,经举手表决,大部分的观众都看不出两者的画质有什么不同。世界科技报道

  帕勒姆表示,由人类认知局限而降低精度需求的应用完全适用于PCMOS设计。在手机、笔记本电脑和其他移动设备中,图像和声音的处理消耗了相当大部分的电池能量。帕勒姆认为,PC鄄MOS芯片将有可能增加十几倍的电池寿命而不损害用户的体验。

  PCMOS在采用概率算法的应用领域也大有用武之地,如加密技术和机器学习。这些领域的算

  法通常设计为达成一个近似的答案。因为PCMOS就能做这样的事情,所以今天必须用软件才能做的事,PCMOS在硬件上就能达成,而且还能在节电和速度上获益多多。帕勒姆正设想制作这样一个设备,用一个或多个PCMOS协助处理器完成像加密这样的特定任务,同时一个传统芯片辅助处理其他的计算“琐事”。世界科技报道

  帕勒姆研究团队已经制作出了一个加密设备,并开始进行测试。他们也正在设计一个图像设备及一个可让人们调节手机电力消耗和性能的芯片,这将为消费者可选择会消耗更多电力的高视频或通话质量,还是选择能节约电力的较低质量。帕勒姆正在计划建立一家或几家先进技术创新公司将PCMOS芯片推向市场,公司最早将于明年成立,产品将在3年—4年后问世。

  随着硅晶体管越来越小,基础物理手段也将变得越来越不稳定。所以你想要的和你得到的结果就有了一定的随机性。除了开发硬件设计,帕勒姆还创建了布尔代数的概率模拟技术,布尔代数是计算机逻辑电路的核心。正是这种概率逻辑使研究人员相信摩尔定律将继续昂首向前。

  如果帕勒姆的研究真的走出了一条乐观主义者坚信的道路,那么他将会拥有一个反叛者最后的满足:看到自己的异端邪说变成了教条。

  3 纳米收音机

  由碳纳米管制作的微型无线装置,将改善从手机到医疗诊断的功能。人物:阿历克斯·泽托,美国加州大学伯克利分校定义:纳米收音机的核心是一个能够接收无线信号的单分子。影响:这种微型无线装置,可提高手机性能,允许像环境传感器这样的微型器件进行通信。背景:新的纳米技术工具正在使研究人员制作出非常小的器件。纳米收音机就是最新的成果之一。世界科技报道

  美国加州大学伯克利分校物理学家阿历克斯·泽托和他的同事已制作出一个纳米收音机,它的关键电路由一个单碳纳米管构成。

  任何无线设备,从手机到环境传感器,都可受益于纳米无线装置。较小的电子元件,如调谐器,将能降低电力消耗,延长电池寿命。纳米无线装置还可以把无线通信引至全新的境界,譬如可引导药物在血液中流动并释放至需要部位。

  自1995年美国国家无线电公司推出其口袋大小的收音机以来,收音机小型化一直是人们追求的一个目标。近来,电子产品制造商已制作出微型收音机,并创造出像无线射频识别标签这样的新产品。大约5年前,泽托研究团队就决定设法研制出更小的、能工作在分子尺度的收音机,并将此作为研制廉价无线环境传感器项目的一部分。 tech.icxo.com

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