La modulazione in tempo reale del consumo energetico del processore raggiunge un minimo in ogni momento
L’internet delle cose (IoT) promette di collegare praticamente qualsiasi dispositivo a internet. Questo processo sta iniziando a realizzarsi con oggetti che vanno dagli elettrodomestici agli apparecchi indossabili per il fitness, all’agricoltura intelligente e ai sistemi sanitari. Una delle principali barriere per collegare veramente tutto ciò che può essere collegato senza scaricare la batteria in pochi secondi è l’ottimizzazione del consumo energetico necessario per l’elaborazione di tutti i dati da condividere. Il progetto MINIMA (Introducing the next computing power revolution: Minima microprocessor technology to reduce the energy need of digital computing by 20 times), finanziato dall’UE, ha sviluppato una tecnologia per ridurre fino a 20 volte il fabbisogno energetico di qualsiasi dispositivo che utilizza il calcolo digitale. Potrebbe fornire sin da ora il carburante necessario per lanciare il mondo verso il futuro dell’internet delle cose.
La modulazione dinamica raggiunge un minimo di energia in tempo reale
Il processore è il «cervello» di qualsiasi dispositivo digitale. Si tratta di un piccolo chip contenente miliardi di transistor. Poiché il consumo energetico di un transistor è quadraticamente proporzionale alla sua tensione operativa, progettazioni a bassa energia che riducono questa tensione sono state al centro di un intenso sviluppo. MINIMA si è concentrato sul raggiungimento del minimo consumo energetico in tempo reale attraverso la modulazione dinamica dell’intero sistema hardware-software. La tecnologia si avvale del punto di energia minima, MEP, definito come la tensione di esercizio alla quale viene minimizzata l’energia totale consumata per operazione (Eop). Come spiega Lauri Koskinen, coordinatore del progetto e responsabile della tecnologia di Minima Processor, «Minima utilizza un modello di fornitura di proprietà intellettuale (IP) che considera la pila in modo olistico, dagli oggetti fisici più piccoli e più bassi che compongono il processore al software. A differenza degli approcci statici che cercano di rendere una gate library molto robusta per il funzionamento a bassa potenza, la marginazione dinamica è una soluzione hardware-software combinata che consente al dispositivo di regolare in tempo reale il proprio consumo energetico durante il funzionamento in risposta alle esigenze di prestazione, alle variazioni di processo o alle condizioni ambientali».
Un record mondiale verso l’applicazione commerciale
Minima Processor ha già battuto un record mondiale di MEP di 3,15 pJ per operazione su un processore a 32 bit che diminuisce il consumo energetico fino a 15-20 volte rispetto alla progettazione della tensione nominale. Con il finanziamento UE del progetto MINIMA, il team ha ottimizzato la tecnologia. Secondo Koskinen, «Siamo riusciti a mantenere i benefici in termini di consumo energetico, rendendo la tecnologia facilmente implementabile e verificabile, entrambi attributi chiave nell’industria galoppante dei semiconduttori». La tecnologia Minima può trarre il massimo da qualsiasi unità di elaborazione centrale esistente o processore di segnale digitale. I fornitori di sistemi su chip come Texas Instruments possono trasformare il minor consumo energetico in una maggiore durata della batteria e/o nuove funzioni senza che la durata della batteria si riduca. Minima ha ora stretto dei partenariati con NXP e ARM. Koskinen conclude: «Abbiamo creato un’azienda come accademici e il nostro team tecnico estremamente competente si è rapidamente evoluto in un temibile concorrente dei team industriali radicati nel settore. Il primo prodotto sta per arrivare in una fabbrica di semiconduttori». Mentre sempre più «cose» diventano interconnesse, e le prestazioni e l’energia ricevono una spinta dalla tecnologia MINIMA, l’internet delle cose è pronto a passare dalla fantascienza alla realtà alla velocità della luce.
Parole chiave
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