I ricercatori dell'Università di Washington hanno recentemente sviluppato una nuova tecnica per automatizzare la sintesi dei circuiti di calcolo stocastico (SC). Il loro metodo, presentato in un articolo pre-pubblicato su arXiv, si basa sulla sintesi stocastica, che è tradizionalmente una tecnica di sintesi del programma.

Il calcolo stocastico (SC) è un metodo di calcolo emergente e non convenzionale che codifica i dati come flussi di bit probabilistici, rendendo poco intuitiva la progettazione di nuovi circuiti. SC potrebbe raggiungere una densità di calcolo più elevata e un consumo energetico inferiore rispetto ai tradizionali metodi di calcolo con codifica binaria (BE).

"Una delle sfide chiave nella ricerca sul calcolo stocastico è identificare nuovi modi per progettare nuovi circuiti stocastici, "Vincent Lee, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a TechXplore. "La quantità di impegno ingegneristico e di intuizione necessaria per progettare una nuova classe di circuiti stocastici è piuttosto elevata, così trovando nuovo, modi automatizzati per ridurre il carico di progettazione è stato un mio obiettivo di ricerca in corso."

I metodi esistenti per sintetizzare i circuiti SC sono in genere limitati a specifici tipi o classi di funzioni, come la valutazione polinomiale o il ridimensionamento costante. Lee e i suoi colleghi hanno deciso di identificare un metodo più efficace per sintetizzare i circuiti SC, che potrebbero avere applicazioni più diffuse.

"Mi sono imbattuto nella sintesi stocastica nel nostro gruppo di lettura della sintesi del programma, durante la lettura di un articolo di Eric Schkufza et al., "Lee ha detto. "Ero nuovo nell'area della sintesi dei programmi e ho pensato che fosse molto interessante il modo in cui potrebbe risolvere le attività di ottimizzazione in cui le soluzioni erano abbastanza poco intuitive o difficili da ottenere per i progettisti oi programmatori. Nonostante alcuni limiti di scalabilità, il problema che ho avuto, progettare nuovi circuiti stocastici, tendeva ad avere piccole soluzioni, quindi ho pensato che la sintesi stocastica potesse essere un buon abbinamento."

Il metodo ideato da Lee e dai suoi colleghi è un adattamento dell'algoritmo di sintesi stocastica principale che supporta circuiti anziché programmi. L'idea generale alla base è quella di trattare tutti i circuiti come uno spazio ad alta dimensione in cui a ciascun circuito viene assegnato un costo specifico.

Questo costo è definito da una funzione di costo, catturare l'efficacia di un circuito in relazione ad altri circuiti nello spazio. Nel loro studio, i ricercatori hanno impostato la funzione di costo per misurare l'errore, rispetto a una specifica che definisce cosa volevano che il circuito facesse.

"La tecnica quindi attraversa lo spazio dei circuiti verso circuiti con un costo migliore, simile a come la discesa del gradiente si sposta verso i set di parametri che ottimizzano meglio la funzione obiettivo, " ha spiegato Lee. "Questo fornisce una ricerca più intelligente nello spazio dei circuiti, sintetizzando circuiti promettenti più velocemente che se si provasse l'enumerazione a forza bruta o soluzioni enumerate casualmente."

I ricercatori hanno valutato la loro tecnica e l'hanno confrontata con altri metodi esistenti per sintetizzare i circuiti SC. Hanno scoperto che la sintesi stocastica è più generale dei metodi attuali, sintetizzando efficacemente sia circuiti SC progettati manualmente che nuovi.

"Penso che i risultati più significativi del nostro studio siano che la tecnica è in grado di sintetizzare nuovi circuiti che sarebbe stato poco intuitivo progettare a mano, "Ha detto Lee. "Essere in grado di generare automaticamente un circuito stocastico basato esclusivamente su una specifica che descrive la sua funzionalità è uno sviluppo piuttosto entusiasmante nel calcolo stocastico".

I risultati raccolti da Lee e dai suoi colleghi suggeriscono che la sintesi stocastica potrebbe aiutare ad automatizzare il compito di sintetizzare i circuiti SC. Ciò in definitiva solleverebbe i progettisti SC da un onere di progettazione significativo, permettendo loro di concentrarsi su altri compiti.

"Anche se la tecnica non restituisce una soluzione di buona qualità, può restituire un circuito che implementa un'approssimazione ragionevole, o approfondimenti su tipologie di circuiti che potrebbero valere ulteriori valutazioni, " Lee ha detto. "In questo lavoro, abbiamo effettivamente trovato una serie di circuiti interessanti che utilizzavano una microarchitettura che non avevamo mai nemmeno considerato prima, che è stato anche piuttosto eccitante."

Una delle sfide chiave che i ricercatori hanno incontrato nel loro studio è la scalabilità. Infatti, l'efficienza della ricerca della loro tecnica (cioè la qualità della soluzione data un budget di tempo di ricerca fisso e il tempo necessario per identificare le soluzioni corrette) è sensibile alla funzione di costo, poiché questo è ciò che definisce il gradiente e come la ricerca attraversa lo spazio del circuito.

"Fortunatamente, i circuiti stocastici più desiderabili sono relativamente piccoli, quindi la scalabilità non è cruciale per la praticità della tecnica, " Lee ha detto. "Tuttavia, questa limitazione osservata lascia molte opportunità per migliorare l'efficienza della tecnica con l'euristica, permettendogli di scalare su circuiti più grandi. Penso che questa sarebbe un'area interessante da esplorare nel nostro lavoro futuro".

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