Processador "inexato" é 15 vezes mais eficiente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/05/2012

Em termos de velocidade, consumo de energia e dimensão, o processador inexato construído pela equipe é cerca de 15 vezes mais eficiente do que os chips atuais.[Imagem: Avinash Lingamneni/Rice University/CSEM]

 

Gerenciamento dos erros

Engenheiros criaram um processador "inexato" que desafia a imagem de precisão associada aos computadores.

Sendo tolerante com erros eventuais, a equipe criou um processador que pode ser até 15 vezes mais eficiente em termos de velocidade, consumo de energia e dimensão.

A ideia de construir chips que operem fora da rígida lógica booleana não é nova.

O primeiro processador probabilísticocomeçou a cometer seus erros em 2009, pelas mãos do mesmo Dr. Krishna Palem, da Universidade Rice, nos Estados Unidos, que coordena uma equipe internacional que investe nessa abordagem.

O conceito é inacreditavelmente simples: não tente obter precisão absoluta, deixando que os circuitos cometam alguns erros, e torna-se possível economizar muita energia sem perder velocidade.

O inconveniente dos erros pode ser superado gerenciando adequadamente a probabilidade desses erros de forma a limitá-los a um patamar aceitável.

 

Poda eletrônica

Uma das abordagens usadas para construir um processador que consome menos energia é a chamada "poda eletrônica", que corta fora partes dos circuitos que são usadas apenas raramente, economizando energia.

Essa técnica já vem sendo discutida e testada por várias equipes e pelas próprias empresas fabricantes de processadores.

Os ganhos podem ser surpreendentes: um processador "podado" pode ter metade do tamanho, consumir metade da energia, mas ser até duas vezes mais rápido, porque todos os circuitos ficam menores e mais próximos uns dos outros.

A equipe do Dr. Palem usou também o que ele chama de "tensão confinada", que permite obter ganhos de desempenho.

"Nos últimos testes, nos demonstramos que a poda pode cortar a demanda de energia em 3,5 vezes para chips que desviam do valor correto por uma média de 0,25%," conta Avinash Lingamneni, membro da equipe.

"Quando nós fatoramos em dimensão e ganhos de velocidade, esses chips são 7,5 vezes mais eficientes do que os chips comuns. Processadores que deram respostas erradas com um desvio bem maior, de 8%, foram até 15% mais eficientes," completa.

Esta comparação mostra o processamento de vídeo rodando em um processador normal (esquerda), e em um processador inexato, com erro relativo de 0,54% (centro) e 7,58% (direita). [Imagem: Rice University/CSEM/NTU]

 

Processadores inexatos

Os pesquisadores afirmam que os processadores inexatos, devidamente podados e otimizados, deverão encontrar suas primeiras aplicações em nichos como câmeras fotográficas e outros equipamentos portáteis.

O tablet I-slate, que está sendo distribuído em escolas na Índia, é um dos principais alvos do conceito de "poda eletrônica", para economizar energia e permitir que o aparelho funcione com a eletricidade gerada por pequenos painéis solares.

Palem afirma que os primeiros I-slates, assim como protótipos de implantes auditivos, já equipados com chips podados, deverão se tornar realidade em 2013.

O protótipo apresentado pela equipe é fruto de uma colaboração que envolve a Universidade Tecnológica Nanyang (Cingapura), o Centro Suíço de Eletrônica e Microtecnologia e a Universidade de Berkeley (EUA).

Fonte: Inovação Tecnológica

Wi-Fi com raios T mais próximo da realidade

Com informações da BBC - 18/05/2012

O experimento foi possível graças a um componente de 1 milímetro quadrado, chamado diodo-túnel, ou diodo de tunelamento ressonante (branco, sobre o suporte metálico).[Imagem: Tokyo Institute of Technology]

 

Radiação terahertz

Pesquisadores japoneses bateram o recorde de transmissão de dados sem fios na faixa dos terahertz, uma parte ainda inexplorada do espectro eletromagnético.

A taxa de dados alcançada é 20 vezes maior do que o melhor padrão wi-fi.

A banda dos raios T fica entre as micro-ondas e o infravermelho distante - 1 THz equivale a 1.000 GHz.

Os raios T, ou radiação terahertz, vêm sendo considerados como altamente promissores para o uso biomédico, eventualmente substituindo os raios X - apesar do nome "radiação terahertz", trata-se de uma radiação não-ionizante.

• Quer se livrar do perigo da radiação? Use raios-T em vez de raios-X

Em 2007, pesquisadores demonstraram pela primeira vez que os raios T poderiam ser usados também para a transmissão digital de dados.

Desde então tem havido uma procura frenética pelo desenvolvimento de geradores de radiação terahertz e de antenas capazes de captá-la.

 

Quase terahertz

Por enquanto, os trabalhos na transmissão de dados na faixa dos terahertz têm adotado uma especificação mais folgada, que vai dos 300 GHz até os 3 THz. Nenhuma agência de telecomunicação até agora regulamentou a faixa dos THz.

Apesar de teoricamente suportar taxas de transferência de dados de até 100 Gb/s - 15 vezes mais do que o wi-fi de próxima geração, que ainda está em fase de especificação - o "wi-fi terahertz" provavelmente terá um alcance mais limitado, por volta dos 10 metros.

Neste trabalho mais recente, os pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio demonstraram uma taxa de transmissão de 3 Gb/s a 542 GHz.

Ou seja, eles estão a meio-caminho dos raios T - o que é muito, considerando-se que é uma tecnologia com poucos anos de desenvolvimento.

 

Diodo-túnel

O experimento foi possível graças a um componente de 1 milímetro quadrado, chamado um diodo de tunelamento ressonante, ou RTD (Resonant Tunnelling Diode).

Diodos-túnel têm a característica incomum de que a tensão que produzem pode algumas vezes diminuir quando a corrente aumenta.

Eles são projetados de tal forma que este processo faz com que o diodo entre em ressonância, emitindo ondas de frequência muito alta - teoricamente, de vários terahertz.

Os pesquisadores japoneses afirmam que o próximo passo da pesquisa é justamente aproximar a prática dessa teoria, entrando finalmente no regime efetivo dos terahertz.

Antes de qualquer uso prático, será necessário também aumentar a potência do componente.

 

Bibliografia:
Direct intensity modulation and wireless data transmission characteristics of terahertz-oscillating resonant tunnelling diodes
K. Ishigaki, M. Shiraishi, S. Suzuki, M. Asada, N. Nishiyama, S. Arai
Electronic Letters
Vol.: 48, Issue 10, p.582-583
DOI: 10.1049/el.2012.0849

Fonte: Inovação Tecnológica

Computador a calor pode ser construído com camuflagem termal

Com informações da Science - 17/05/2012

Este inversor de calor pode ser o primeiro passo rumo à computação termal.[Imagem: Yuki Sato/Supradeep Narayana]

 

Computação é simples

Os computadores - ou, mais precisamente, seus processadores - são feitos de transistores.

Mas não precisariam ser.

Transistores são essencialmente chaves, que ligam e desligam a corrente elétrica.

Arranjados de formas específicas, conhecidas como portas lógicas, chaves que ligam e desligam podem ser configuradas para dar respostas precisas.

Por exemplo, mostrar sempre "sim" na saída se duas entradas estão ligadas; ou mostrar "não" na saída se uma entrada estiver ligada e outra desligada.

A seguir, basta montar uma hierarquia suficientemente complexa dessas portas para que possa ser possível fazer qualquer cálculo.

Pesquisadores já demonstram isso criando um processador a ar, mas, com o capricho e a paciência necessários, pode-se fazer o mesmo com torneiras, que façam o papel de transistores, e água, que faça o papel da eletricidade.

 

Escudo térmico

Agora, dois cientistas da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos, demonstraram que é possível fazer isso também com calor.

Supradeep Narayana e Yuki Sato demonstraram na prática que é possível construir um processador que funcione inteiramente com calor.

Ao contrário das outras possibilidades - como processadores de torneiras e água - esta ideia tem um interesse prático muito forte: os processadores poderiam funcionar diretamente com o calor do corpo, ou com o calor desperdiçado por motores de carros ou equipamentos industriais.

Narayana e Sato construíram um dispositivo que permite controlar o caminho pelo qual o calor se espalha, abrindo a possibilidade de criar dispositivos onde o espalhamento do calor possa ser controlado de forma similar ao controle da eletricidade.

O dispositivo se fundamenta no conceito de escudo contra o calor, uma espécie de "manto da invisibilidade para o calor", construído com metamateriais:

• Manto da invisibilidade para o calor poderá resfriar chips

Esse escudo, proposto há pouco mais de dois meses por pesquisadores franceses, em princípio oculta os objetos de uma fonte de calor.

Mas o oposto também é verdadeiro, ou seja, o aparato também pode concentrar o calor em um ponto definido.

Com o escudo termal, o fluxo de calor pode ser guiado de forma controlada, inclusive dando meia-volta e fluindo no sentido inverso ao caminho que seguiria normalmente. [Imagem: Yuki Sato/Supradeep Narayana]

 

Corrente de calor

Uma "corrente de calor" é muito similar a uma corrente elétrica, sendo basicamente o fluxo de energia de um objeto mais quente para um objeto mais frio - ou do ponto mais quente de um objeto para seu ponto mais frio.

Mas o fluxo de calor segue um "caminho" muito simples: ele se espalha, formando o que os físicos chamam de "gradiente uniforme de temperatura", ou seja, a temperatura diminui ligeiramente em cada ponto conforme se afasta da fonte de calor.

O novo dispositivo era inicialmente um escudo termal, que impede que a corrente de calor flua por uma determinada região.

Ele consiste de um cilindro, do tamanho de uma pilha grande, formado por 40 camadas alternadas e concêntricas de borracha natural e silicone embebido com nitreto de boro, tudo mergulhado em uma gelatina termicamente condutora.

Em uma situação normal, o calor deveria fluir diretamente através da gelatina, criando um gradiente uniforme de temperatura em seu interior. Mas a presença das camadas alternadas - o escudo de calor - cria um espaço por onde o calor não flui, sem afetar seu fluxo pela gelatina.

Deixando um "oco" no interior das camadas, os cientistas inverteram esse comportamento, fazendo com que todo o calor fluísse apenas por esse miolo. Tudo conforme a teoria dos pesquisadores franceses.

Mas então os dois pesquisadores foram além, fazendo então o truque que os deixou entusiasmados com a possibilidade de construção de um "processador de calor".

Ao torcer a estrutura concêntrica, eles descobriram que o fluxo de calor simplesmente dá meia-volta, fluindo no sentido inverso ao caminho que segue na gelatina à sua volta.

O dispositivo se transformou, desta forma, em um "inversor de calor", que faz com que o fluxo de energia desvie-se em 180°.

 

Processador a calor

Com o inversor de calor, "a corrente de calor, tal como a corrente elétrica, pode ser vista como um meio que pode ser manipulado, controlado e processado," vislumbra Sato.

Segundo ele, usando seu inversor de calor juntamente com materiais, já conhecidos, cuja condutividade térmica depende da temperatura, o dispositivo pode guiar o fluxo de calor dependendo unicamente do calor em volta.

Esta será, segundo ele, a base da computação termal.

 

Bibliografia:
Heat flux manipulation with engineered thermal materials
Supradeep Narayana, Yuki Sato
Physical Review Letters
Vol.: Accepted Friday May 04, 2012

Fonte: Inovação Tecnológica

NASA testa avião hipersônico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/05/2012

O avião hipersônico HIFiRE é a extremidade com pintura branca e quadriculada. Aqui ele está sendo colocado na extremidade do foguete que o impulsionou. [Imagem: WSMR/John Hamilton]

 

Um consórcio formado por institutos de pesquisa dos EUA e da Austrália, liderados pela NASA, testou com sucesso um protótipo de avião hipersônico.

É a primeira vez que um veículo hipersônico está sendo avaliado em uma bateria consistente de testes, e usando combustível derivado de petróleo.

Este foi o primeiro de uma série de 10 lançamentos, que estão acontecendo na ilha de Kauai, no Havaí.

 

Voos hipersônicos

A NASA liderou durante vários anos as pesquisas com voos hipersônicos, sobretudo com o seu lendário X-43.

Mais recentemente a Austrália surgiu no páreo, detendo hoje o recorde mundial de velocidade com seu protótipo HyCAUSE, que superou Mach 20.

• Avião hipersônico australiano bate recorde mundial de velocidade

Agora unidas, as equipes começaram os testes do programa HIFiRE (Hypersonic International Flight Research Experimentation Program), que planeja desenvolver as tecnologias fundamentais necessárias para alcançar uma capacidade de voo hipersônico na prática.

O voo hipersônico é definido como aquele com velocidades a partir de Mach 5, ou seja, cinco vezes a velocidade do som.

 

Motor hipersônico

O "avião hipersônico" que acaba de ser testado é pouco mais do que um "motor voador" - algo como uma turbina voadora, em uma comparação com os aviões comerciais.

Ele consiste em uma entrada regulável de ar, que permite a aceleração, o combustor estatojato propriamente dito, e dois canos de escapamento. Em volta há espaço suficiente para circuitos de controle e comunicações.

É a primeira vez que um veículo hipersônico está sendo avaliado em uma bateria consistente de testes, e usando combustível derivado de petróleo. [Imagem: AFRL]

 

O HIFiRE foi impulsionado por um foguete de três estágios, até uma altitude de 30.000 metros, quando então foi acionado seu motor estatojato (scramjet).

Partindo da velocidade atingida pelo foguete, equivalente a Mach 6 (7.350 km/h) o HIFiRE acelerou até Mach 8 (9.800 km/h) e sustentou o voo hipersônico durante 12 segundos.

O tempo de voo parece pouco, mas foi considerado uma grande conquista para um voo em velocidades hipersônicas - sintomaticamente, é exatamente o mesmotempo de voo alcançado pelo X-51A, da NASA, há cerca de dois anos.

 

Transição subsônica para supersônica

A carga útil do HIFiRE inclui mais de 700 instrumentos e sensores, que coletam e transmitem os dados para os pesquisadores em terra.

"Este teste nos dará dados científicos únicos sobre a transição da combustão de subsônica para supersônica - algo que não podemos simular em túneis de vento," disse Ken Rock, engenheiro da NASA que coordena o projeto.

Isto foi possível porque, enquanto estava sendo impulsionado pelo foguete, o avião hipersônico manteve sua entrada de ar mais fechada, reduzindo o fluxo de ar para o equivalente a Mach 1.

Ela foi totalmente aberta para que fosse possível atingir Mach 8, efetuando a transição da combustão interna do estatojato de subsônica para hipersônica.

 

Petróleo hipersônico

O uso de combustível derivado de petróleo também é uma novidade, uma vez que, até agora, os testes eram feitos com alimentação a hidrogênio.

Embora o hidrogênio seja mais reativo, um derivado do petróleo oferece muitas vantagens, incluindo a simplicidade operacional e uma maior densidade de combustível, permitindo que os aviões hipersônicos possam transportar mais combustível e voar mais tempo.

Fonte: Inovação Tecnológica