EO

Geheugen en processor ineen (video)

15 december 2020 om 14:07 uur

Opkomende Internet of Things toepassingen – zoals gepersonaliseerde gezondheidszorg, augmented reality en kunstmatige intelligentie – vereisen dat het IoT-apparaat zélf over grote rekenkracht beschikt. Het mag alleen nauwelijks energie kosten en dat is met de huidige computerarchitecturen niet haalbaar. Onderzoekers van het MNEMOSENE-project# leverden een proof-of-concept van Computation-in-Memory architectuur met een ultralaag energieverbruik – een prestatie waarvoor professor Said Hamdioui als projectleider recent de European Union ECS Innovation Award 2020 kreeg uitgereikt.


Je laptop, mobieltje, smart watch en pacemaker hebben allemaal een processor en een apart geheugen waar de processor mee communiceert voor instructies en data. Deze computerarchitectuur is zo gangbaar dat je zou verwachten dat het optimaal is en dus toekomstbestendig. Dat is niet zo. Door lekstroompjes in de processor en het geheugen gaat er continu energie verloren, zelfs als het apparaat aan staat maar niet actief is. Om zijn taken te kunnen blijven uitvoeren, moet de batterij van een IoT-apparaat daardoor telkens worden opgeladen of vervangen. Nog veel belangrijker is dat het verplaatsen van data vanuit het geheugen naar de processor zo'n duizend keer meer energie kost dan het daadwerkelijk uitvoeren van een berekening met die data. "Het is alsof je eerste klas naar New York vliegt, alleen maar om daar voor een euro aan snoep te kopen", zegt Hamdioui. Dit hoge energieverbruik beperkt de hoeveelheid rekenkracht waarover een IoT-apparaat kan beschikken, en daarmee hoe slim het kan zijn.

 

Een innovatieve computerarchitectuur

Om de rekenefficiëntie, in aantal berekeningen per hoeveelheid gebruikte energie, flink te verhogen, moeten oude ideeën worden losgelaten. In de groep van Hamdioui aan de TU Delft zijn nieuwe computerarchitecturen een belangrijk onderzoeksthema. Hij heeft al een patent op de basisprincipes van het combineren van nieuwe memristor-technologie met het concept van Computation-in-Memory - een combinatie die naar verwachting honderd keer zo efficiënt is als conventionele computerarchitecturen. Het MNEMOSENE-project, gefinancierd vanuit het Horizon 2020 programma van de Europese Unie, had als doel om binnen drie jaar een proof-of-concept van deze technologie te leveren en hiermee aan te tonen dat het deze verwachting waar kan maken.

 

Memristors maken het mogelijk

Memristors - een samentrekking van de woorden memory (geheugen) en resistor (weerstand) - zijn nanoschaal elektronische componenten die hun geheugen behouden, ook als de spanning wegvalt. Ze hebben geen last van lekstromen waardoor het energieverlies in een apparaat dat niet actief is tot bijna nul wordt teruggebracht. Nog veel belangrijker is dat memristors een innovatieve Computation-in-Memory computerarchitectuur mogelijk maken, waarbij het geheugen zelf rekentaken uitvoert. In plaats van A en B op te vragen uit het geheugen en deze dan in de processor op te tellen, vraag je het geheugen eenvoudigweg om A + B. Ook andere berekeningen kunnen in het geheugen worden geïntegreerd. Ze kunnen zelfs in één keer op hele reeksen gegevens tegelijk worden toegepast. Dit maakt grootschalige parallellisering van rekentaken mogelijk en bespaart een hoop energie die anders zou zijn geweest om de data heen en weer te verplaatsen.

 

ECS Innovation Award

Het MNEMOSENE-projectteam heeft kleine prototypes gebouwd van een op memristors gebaseerde Computation-in-Memory architectuur. Omdat deze chiparchitectuur fundamenteel anders is, moesten de onderzoekers nieuwe methodes ontwikkelen voor het ontwerpen van de elektronische schakelingen. En, vervolgens, ook nieuwe programmeermodellen en compilers. Het demonstreren van deze doorbraaktechnologie en aantonen dat het inderdaad tot een veel hogere rekenefficiëntie leidt, heeft het team terecht de ECS Innovation Award opgeleverd. Deze prijs wordt jaarlijks uitgereikt aan het meest innovatieve idee op het gebied van Elektronische Componenten en Systemen dat binnen een Horizon 2020-project is uitgewerkt.

 

Leidend in onconventionele computerarchitecturen

Hamdioui verwacht dat het nog zo'n tien jaar duurt om een volledig operationele Computation-in-Memory computer te ontwikkelen. "Het is absoluut de moeite waard", zegt hij, "omdat het de motor zal zijn achter belangrijke maatschappelijke ontwikkelingen zoals gepersonaliseerde gezondheidszorg. Memristors zijn bovendien zeer geschikt voor het modelleren van synapsen. Het maakt dus ook een grote stap voorwaarts mogelijk naar computers die de neurale structuur van het brein emuleren. We denken dat Europa leidend kan zijn in onconventionele computerarchitecturen."

 

Gerelateerd nieuws

België telt vier nieuwe Fabrieken van de Toekomst

België telt vier nieuwe Fabrieken van de Toekomst

Cargill (Izegem), Danone (Rotselaar), Delhez Tôlerie (Thimister-Clermont) en L’Oréal (Libramont) zijn de nieuwe Factories of the Future. In zeven jaar is de selecte kopgroep van meest toekomstgerichte…

Imec toont 's werelds eerste Sub-5mW, IEEE 802.15.4z Ultra-Wideband Transmitter Chip

Imec toont 's werelds eerste sub-5mW, IEEE 802.15.4z ultra-wideband transmitter chip

Op de International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) presenteerde imec de eerste IEEE 802.15.4z impulse-radio ultrabreedband (IR-UWB) zenderchip, waarmee een evenwicht werd gevonden tussen UWB's nauwkeurige…

Hittebeheersing in fusiereactoren

Hittebeheersing in fusiereactoren

Midden in een fusiereactor is het onwaarschijnlijk heet. Waterstof dat uit dit binnenste ontsnapt, moet op weg naar de wand worden afgekoeld, anders smelt de reactorwand. Differ-onderzoekers ontwikkelden met het EPFL…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

1 maart 2021, online

Embedded World + Congatec

Embedded World en Congatec vinden dit jaar online plaats.

9 maart 2021

Webinar: 10 keer klaar voor Industrie 4.0

Productiebedrijven met kleine series worden geholpen om data uit hun machines te halen en slim te...

10 maart 2021

Webinar: 5G and the Future of Business

A peek into the 5G revolution and what this technology brings to our lives.

Meer agendapunten »