Počítač se schopnostmi chameleona

Čipy, které se samy za chodu rekonfigurují, mohou šetřit prostor i energii v mobilních zařízeních. Přestavte si han...


Čipy, které se samy za chodu rekonfigurují, mohou šetřit prostor i energii v
mobilních zařízeních.
Přestavte si handheld, který kombinuje funkce mobilního telefonu, PDA, MP3
přehrávače, kvalitního digitálního fotoaparátu, rádia, televize a třeba ještě
několika dalších zařízení. A to vše při minimálních rozměrech a nízké
hmotnosti. Lze takový přístroj vyrobit?
Bez ohledu na účelnost takového zařízení jde o představu v současnosti
nereálnou. Oddělená logika mikroprocesorů nutná pro každou z uvedených funkcí
by vyžadovala příliš velkého množství hmoty a energie na to, aby se vešla do
čehokoliv, co by vzhledem připomínalo handheld. Příznivci dlouhou dobu
existujícího konceptu rekonfigurovatelného computingu se však domnívají, že
tento problém má své zřejmé řešení.

Změny za chodu
Rekonfigurovatelný computing vyžaduje procesor, který je hardwarově schopen
automaticky se přizpůsobit měnícím se potřebám aplikací. Na rozdíl od
permanentně vyleptaných obvodů současných statických mikroprocesorů lze spoje
na rekonfigurovatelných procesorech za chodu změnit pomocí softwaru nebo
hardwarových mikrořadičů tak, aby odpovídaly funkci, již mají vykonávat.
Otevíráním a uzavíráním milionů logických bran na těchto čipech lze jejich
obvody měnit tak, aby prováděly v jednom případě filtrování signálu a v jiném
třeba šifrovací funkce.
Jelikož lze s pomocí rekonfigurovatelných čipů eliminovat značnou část
redundance a režie, kterou nacházíme u procesorů statických, je nižší i
spotřeba energie, přičemž rychlost zpracování úloh se zvyšuje.
Kupříkladu jediný takový čip v mobilním telefonu by se mohl nastavit tak, aby
vyhledal místní základnovou stanici, poté se identifikoval a nakonec přijímal a
odesílal hovory; dnes tyto funkce vykonává více čipů současně.
"Snažíme se změnit hardware tak, aby byl co nejlépe přizpůsoben aktuálnímu
problému," vysvětluje John Watson, spoluzakladatel firmy QuickSilver
Technologies, která se věnuje technologiím pro adaptivní computing. Podobné
tvárné čipy jsou podle Nicka Tredennicka, dřívějšího návrháře mikroprocesorů a
vydavatele Gilder Technology Reportu, zásadním posunem v návrhu mikroprocesorů.
"Všechny dnešní mikroprocesory využívají v zásadě design starý 30-40 let,"
dodává nezávislý analytik Jim Turley. "V podstatě vyrábíme stejné počítače jako
naši dědečkové, ačkoliv křemíková technologie se dramaticky zlepšila,"
poznamenává.

Dlouhá cesta
I když se myšlenka může zdát radikálně nová, o koncepci adaptivního computingu
se v té či oné podobě již nějakou dobu hovoří. A několik firem od poměrně
neznámých start-upů jako QuickSilver Technology a Gate Technologies až po
takové společnosti jako Intel, Motorola a Infineon Technologies se již
problematice rekonfigurovatelných čipů věnuje.
Například společnost QuickSilver již nyní nabízí technologii integrovaných
obvodů, která se za běhu dynamicky mění a vytváří hardware potřebný pro různé
aplikace. "Jednou by se tato technologie mohla stát základem univerzálních
mobilních telefonů nebo flexibilních součástek automobilů," říká Watson.
Obdobné snahy Intelu zahrnují projekt vývoje softwarově definovaného rádiového
čipu, kde se software stará o nastavení veškeré hardwarové logiky, a to bez
jakéhokoliv mechanického přepínání obvodů. "Cílem je vytvoření obecného
procesoru pro bezdrátovou komunikaci, který bude schopen zajišťovat přenosy
podle většího množství různých standardů a protokolů a nabízet lepší výkon než
dedikované ASIC (Application-Specific Integrated Circuit)," objasňuje Steve
Pawlowski, výzkumný pracovník firmy Intel.
"Podobné snahy zůstávaly po jistou dobu komerčně opomíjené, nicméně budou
klíčovou součástí budoucího nespoutaného světa," tvrdí Tredennick. Konvenční
procesory byly navrženy pro systémy z velké části statické a čerpaly energii ze
zásuvek ve zdi. V důsledku toho se většina raných návrhů mikroprocesorů
zaměřovala na jednotkový poměr ceny a výkonu a tedy neustálé zvyšování
frekvence při současném udržování rozumně nízké ceny.
"S příchodem laptopů a notebooků se pozornost přesunula také do oblasti
napájení mikroprocesorů," pokračuje Tredennick. Spolu s tím, jak se mobilními
stává stále více zařízení, bude poměr ceny a výkonu na jeden watt spotřebované
energie ještě důležitější.

Na hranici
Mikroprocesory s pevnými obvody se rychle blíží k hranici svých fyzických
možností, kdy bude extrémně obtížné udržet rovnováhu spotřeby a výkonu po delší
dobu. Rekonfigurovatelné architektury tak budou v současném mobilním světě
podle Tredennicka nezbytností.
Všichni se však shodují, že dosažení tohoto cíle nebude snadné. Ve skutečnosti
jen málokdo věří ve větší rozšíření dynamicky rekonfigurovatelných čipů již
během příštích pěti let.
Pawlowski předpovídá, že nejméně do roku 2007 bude trvat, než bude možno
softwarové rádio firmy Intel komerčně využít. "Nejprve musíme interně prokázat,
že existuje podstatný přínos v oblasti nákladů, spotřeby energie a velikosti.
Lidé, kteří se u nás zabývají napájením mobilních zařízení, očekávají delší
výdrž baterií a flexibilitu při zvládání více protokolů," říká. "Snažíme se
nalézt optimální využití."
Technologie jako ASIC a FPGA (Field-Programmable Gate Arrays) již nabízejí
některé výhody slibované adaptivními architekturami. ASIC obvody jsou čipy pro
speciální účely, které určité úlohy vykonávají efektivněji než obecné
mikroprocesory. FPGA jsou zařízení, jejich hardwarovou logiku lze
přeprogramovat tak, aby bylo možné realizovat hardwarové aktualizace nebo
opravy chyb. Přesto ASIC ani FPGA neumožňují takovou flexibilitu, jakou by měly
přinést adaptivní architektury. Obě zmíněné technologie jsou také poměrně drahé
a v případě FPGA mají příliš velkou spotřebu energie.

Překážky
Vytváření adaptivních čipů může být poměrně složité. Napsat program, který je
schopen instruovat každou z milionů logických bran v těchto čipech tak, aby se
otevřela nebo zavřela za chodu podle toho, jak je třeba obvod změnit, je
neuvěřitelně komplexní úkol. "Nástroje pro navrhování hardwaru a softwaru,
které by se postaraly o podobné úkoly, se teprve začínají objevovat," říká
Pawlowski.
Podle Turleyho se také většina lidí dosud nezabývala tím, jak vytvářet a řídit
počítače, které se mění za chodu. "Neexistuje zatím ani shoda v tom, pro které
aplikace by byl podobný přístup skutečným přínosem," dodává. V daném okamžiku
představují podle něj největší příležitost pro adaptivní computing mobilní
zařízení.
"Někdo bude muset najít opravdu zajímavou aplikaci adaptivních systémů pak se
tato možnost může stát skutečně lákavou. Zatím však nikdo nevytvořil něco, co
by bylo z komerčního hlediska úspěchem. Ale to by se mohlo začít brzo měnit,"
uzavírá Tredennick.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.