Nasce il microprocessore probabilistico

microprocessore probabilistico

Lyric Semiconductor, una start-up nel settore delle tecnologie elettroniche, ha sviluppato un nuovo tipo di microprocessore basato sulla probabilità anzichè sulla tradizionale logica binaria.

Un microprocessore che esegue i calcoli basandosi sulle probabilità potrebbe velocizzare gli accessi alla memoria, sia RAM che flash, e trovare impiego in numerose applicazioni come i sistemi per le transazioni on-line, computer, smartphone, e così via.

I transistor contenuti all’interno dei chip tradizionali sono basati su delle porte NAND di tipo digitale, in grado di implementare tutti i tipi di funzioni logiche necessarie operando su segnali elettrici di tipo binario (zeri ed uni). I blocchi basilari che compongono il processore di tipo probabilistico sono invece delle porte NAND di tipo “bayesiano”. La probabilità bayesiana è un campo della matematica che prende il nome da Thomas Bayes, uno statistico inglese del 18° secolo che sviluppò una teoria probabilistica.

Più precisamente, formulò il teorema di Bayes, utilizzato per il calcolo delle probabilità a posteriori, ad esempio per verficare se la diagnosi formulata su un paziente sia stata corretta o meno. Lyric Semiconductor ha lavorato su questo tipo di tecnologia in gran segreto a partire dal 2006, parzialmente finanziata dall’agenzia governativa statunitense DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency).

DARPA è infatti particolarmente interessata alle possibili applicazioni di questo tipo di tecnologia nel settore della difesa, dove spesso occorre trattare informazioni che di per sè non sono chiare o certe (ad esempio segnali radio distorti o disturbati, oppure immagini video non nitide), e prendere decisioni strategiche sulla base di queste informazioni.

Se un’informazione non è certa, viene naturale associare ad essa un certo grado di probabilità. Entro tre anni, Lyric conta di realizzare i primi prototipi di un processore per usi generici di tipo probabilistico, chiamato GP5, in grado di essere programmato sulla base dei processi statistici.

Lyric dispone già ora di un processore probabilistico (LEC, Lyric Error Correction) in grado di migliorare notevolmente le prestazioni (e le dimensioni richieste) delle memorie flash e delle memorie SSD, quindi particolarmente adatto ai dispositivi portatili come tablet, smartphone, lettori multimediali. Le memorie flash memorizzano l’informazione tramite aree in cui le cariche sono concentrate; queste aree tuttavia non sono stabilissime, e una piccola variazione delle stesse può compromettere l’integrità dei dati memorizzati. Secondo Ben Vigoda, tra i fondatori e attuale CEO di Lyric Semiconductor, la differenza tra lo stato logico “1” e lo stato logico “0” in una memoria flash tradizionale (tecnologia a 30nm) può ridursi a soli 100 elettroni, ed oggi 1 bit su 1000 è errato quando viene eseguita una lettura, mentre per il futuro (passando alla tecnologia a 20nm) ci si aspetta che l’errore possa salire ad 1 bit su 100. E’ chiaro che con uno scenario di questo tipo diventa fondamentale disporre di opportuni chip per la correzione degli errori, come il LEC, appunto. Il chip LEC, rispetto ad un componente di correzione degli errori tradizionale (non-probabilistico), occupa 1/30 dello spazio e consuma 1/12 di energia.

Le due immagini seguenti mostrano, rispettivamente, le viste inferiore e superiore del processore LEC, e lo stesso processore confrontato con le dimensioni di una monetina da un centesimo di dollaro:

Il processore probabilistico del futuro, il GP5, sarà invece adatto a tutti i tipi di applicazioni, non solo la correzione degli errori nelle memorie NAND flash: potrà essere utilizzato ad esempio per eseguire ricerche sul web, per studiare la sequenza del genoma, e potrebbe incrementare le prestazioni degli attuali microprocessori di un fattore x1000 o superiore. Il GP5 eseguirà un codice scritto nel linguaggio probabilistico proprietario di Lyric, chiamato PSBL (Probability Synthesis to Bayesian Logic).

Sul sito di Lyric è mostrata una tipica applicazione del linguaggio PSBL per la risoluzione di un gioco classico di strategia: il Sudoku. Partendo da un’informazione incompleta, e quindi con un certo grado di incertezza, il programma evolve per iterazioni successive diminuendo man mano l’incertezza fino ad arrivare alla soluzione. Un processore probabilistico può essere utilizzato per raccogliere informazioni e scovare dei pattern identificativi nascosti all’interno di una serie di dati.

Nella dimostrazione presentata nel video seguente, vengono raccolte le informazioni relative alla digitazione dei tasti eseguita da diverse persone su un computer. Partendo da queste informazioni, il processore probabilistico è in grado di riconoscere la persona che ha inserito un determinato testo dalla sola analisi del modo in cui è stato inserito. Nella realtà questo procedimento potrebbe aiutare a identificare accessi non autorizzati ad un computer o sistema semplicemente osservando il ritmo e le abitudini di battitura dell’utente, riconoscendo così quando una persona non autorizzata cerca di accedervi.

Lyric Semiconductor è un’azienda di semiconduttori di tipo “fabless”, cioè non dispone di un sito produttivo, ma solo di un centro di ricerca e sviluppo del podotto. Lo stesso LEC viene venduto a livello di licenza, la produzione vera e propria dovrà poi essere affidata ad un’azienda in grado di svolgere questo compito. Fondata nel 2006 da Ben Vigoda (PhD al MIT) e David Reynolds, Lyric ha sede a Cambridge (Massachuttes), e conta 30 dipendenti.

Lyric Semiconductor

3 Comments

  1. nandocaprio 3 dicembre 2010
  2. Emanuele 4 dicembre 2010
  3. Emanuele 4 dicembre 2010

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