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Processeurs spécifiques à l'application pour lutter contre le silicium noir
Un processeur gravé avec des circuits adaptés aux applications les plus utilisées sur les téléphones Android pourrait aider à prolonger la durée de vie de la batterie des appareils. Des chercheurs de l'Université de Californie à San Diego ont créé un logiciel qui analyse le système d'exploitation et une collection des applications les plus populaires, puis génère une conception de processeur adaptée à leurs demandes. Le résultat peut être 11 fois plus efficace que la puce de téléphone intelligent à usage général typique d'aujourd'hui, explique Michael Taylor, qui dirige le VertDroid projet avec son collègue Steven Swanson.
Vivre plus longtemps: Les microprocesseurs conçus autour des applications les plus utilisées pourraient rendre les téléphones intelligents plus économes en énergie.
La conception des puces pour téléphones mobiles doit être repensée pour deux raisons, déclare Taylor. L'une consiste à améliorer leur utilisation de l'énergie limitée disponible pour un téléphone, et l'autre consiste à s'attaquer à un problème appelé silicium noir, qui devrait rendre les conceptions de puces conventionnelles encore moins efficaces.
Le silicium noir est une partie d'une puce qui n'est pas utilisée. Bien que rare aujourd'hui, le silicium noir devrait devenir nécessaire dans deux ou trois ans, car les ingénieurs ne pourront plus réduire les tensions de fonctionnement des puces pour compenser les augmentations de la consommation d'énergie et la chaleur perdue produite par les puces plus petites et plus rapides.
Le fonctionnement des transistors rétractables avec des tensions plus basses était traditionnellement la soupape d'échappement qui permettait plus de puissance de calcul sans plus de chaleur, dit Taylor, mais maintenant il n'y a plus d'endroit où aller. Les tensions de fonctionnement se sont rapprochées d'une limite fondamentale à laquelle les transistors cessent de fonctionner pratiquement. Cela signifie que bientôt, alors que les transistors continuent de devenir plus petits, chaque génération de puces sera moins efficace que la précédente, dit-il. Si vous continuiez à utiliser toute la puce, chaque génération générerait le double de la chaleur de la précédente. Pour maintenir une consommation d'énergie constante, il faudra n'allumer que certaines parties d'une puce à un moment donné.
La conception GreenDroid de Taylor et Swanson contourne cela en entourant le noyau principal d'un processeur - la partie d'une puce qui exécute des instructions - avec 120 plus petits qui prennent chacun en charge un morceau de code fréquemment requis par les applications les plus utilisées sur un téléphone. Les circuits de chaque cœur imitent étroitement la structure du code sur lequel ils sont basés, ce qui les rend jusqu'à 10 000 fois plus efficaces qu'un cœur de processeur à usage général effectuant la même tâche. Si vous remplissez la puce de cœurs hautement spécialisés, la fraction de la puce allumée en même temps peut être la plus économe en énergie pour cette tâche particulière, explique Taylor.
Plutôt que de traduire manuellement le code source en cœurs de processeur, l'équipe UCSD a développé un logiciel pour le faire. Ils enregistrent les demandes de calcul du système d'exploitation Android lors de l'exécution d'applications populaires pour le courrier électronique, les cartes, la vidéo et le service de radio Web Pandora, entre autres, et à partir de ces informations, le logiciel génère la conception de la puce GreenDroid.
Parce qu'environ 70% de ce code est partagé entre plusieurs applications ou parties du système d'exploitation, les cœurs spécialisés d'un GreenDroid peuvent gérer une grande partie du travail le plus énergivore d'un téléphone. Des simulations détaillées d'un processeur GreenDroid complet prouvent son efficacité supérieure, déclare Taylor. Nous envoyons la première conception à fabriquer en juin et avons conçu une carte afin que nous puissions la brancher, installer Android et des applications, puis comparer les conceptions conventionnelles, dit-il.
Faire fabriquer un processeur sur mesure est extrêmement coûteux et rare dans le milieu universitaire. La puce utilisera des transistors plus petits que ceux actuellement sur le marché, avec des tailles de fonctionnalités aussi petites que 28 nanomètres. Les processeurs dotés de fonctionnalités de 32 nanomètres n'ont été mis sur le marché que récemment, et c'est dans la prochaine génération, à 22 nanomètres, que le silicium noir devrait devenir un sérieux défi.
Escadron Kévin , professeur à l'Université de Virginie, affirme que la stratégie UCSD convient bien aux téléphones intelligents, car les applications sont étroitement intégrées au système d'exploitation d'un téléphone intelligent. Il est sage de cibler Android, dit-il, car sur un téléphone, le système d'exploitation est responsable d'une énorme quantité de travail effectué par le processeur. Cela signifie que chaque utilisateur de chaque téléphone bénéficiera de ses cœurs spécialisés. On peut s'attendre à ce que les téléphones dotés de processeurs de style GreenDroid durent plus longtemps que les téléphones conventionnels avec la même batterie, ou aient la même durée de vie avec un design plus élégant, dit-il.
Cependant, le matériel spécialisé de cette approche présente des inconvénients qui le rendent moins utile pour les appareils non mobiles, explique Skadron. C'est plus difficile avec un PC ou un serveur, car le système d'exploitation a moins d'effet sur ce que fait le processeur. Les applications en plus de cela sont les plus importantes, et elles varient beaucoup plus entre les utilisateurs.
Cet inconvénient de la spécialisation pourrait également s'appliquer aux téléphones, par exemple, si de nouvelles applications apparaissent, différentes de celles utilisées pour générer un design GreenDroid. Pour les téléphones portables, nous ne sommes pas trop inquiets, car les gens les remplacent si rapidement, dit Taylor. Et parce que les mises à niveau des applications et des systèmes d'exploitation ont tendance à être évolutives plutôt que révolutionnaires, dit-il, il est peu probable que de nombreux cœurs spécialisés d'une puce GreenDroid deviennent complètement inutiles pendant la courte durée de vie d'un téléphone intelligent. Taylor et Swanson ont ajouté des fonctionnalités à leur conception qui permettent de modifier légèrement les cœurs de conservation pour s'adapter au nouveau code, mais certaines mises à niveau seront trop importantes pour cela. Si cela se produit, votre téléphone ne s'arrêtera pas de fonctionner, mais son efficacité énergétique chutera, dit Taylor, notant que cette perspective ne dérangerait probablement pas trop les fabricants de toute façon.