Výzkum v této oblasti na Fakultě informačních technologií Vysokého učení technického v Brně se zaměřuje především na snížení spotřeby elektrické energie a probíhá v několika směrech. Jedním z těchto směrů je automatický návrh číslicových obvodů s nízkou spotřebou. To však nebývá snadné a většinou je to něčím vykoupeno. V tomto případě tím, že výsledky produkované tímto hardwarem nejsou úplně přesné a občas obsahují nějaké chyby. V některých případech takové nepřesnosti nepřináší žádné komplikace, přičemž nižší spotřeba je výrazným benefitem. Jako příklad může posloužit oblast zpracování obrazu, kdy drobnou chybu v hodnotách jednotlivých pixelů uživatel pouhým okem vůbec nezaznamená.
Touto problematikou se na Fakultě informačních technologií zabývá Vojtěch Mrázek z Výzkumné skupiny Evolvable Hardware (EHW), který ve své disertační práci kombinuje evoluční optimalizaci a návrh digitálních obvodů.
Evoluční algoritmy se snaží použitím principů evoluční biologie nalézt řešení složitých problémů. V tomto případě evoluční algoritmus postupně vyvíjí digitální obvod s přihlédnutím k jeho parametrům. Jedním z parametrů může být právě spotřeba, ale také požadovaná přesnost výpočtu. Takto vzniklý obvod může mít výrazně nižší spotřebu za cenu mírně snížené přesnosti výpočtů. Narozdíl od klasického postupu návrhu, tento automatizovaný přístup dokáže nalézt velké množství takových obvodů, ze kterých lze následně vybrat ty s nejlepšími požadovanými vlastnostmi. Například obvod s nejmenší spotřebou, ale současně s dostatečnou přesností a výkonností.
V rámci tohoto výzkumu vznikla knihovna EvoApproxLib. Jedná se o knihovnu aproximovaných obvodů, kdy pro každý obvod jsou k dispozici hardwarové a softwarové modely doplněné formálně potvrzenými chybovými parametry.
Za svoji práci obdržel Vojtěch Mrázek řadu ocenění, získal například cenu Josepha Fouriera za počítačové vědy 2019, cenu Antonína Svobody za nejlepší disertační práci roku 2018. Cenou Česká hlava byl oceněn v doktorandské kategorii za technické vědy.
Spotřebě elektronických zařízení je v dnešní době věnována velká pozornost a je vynakládáno velké úsilí na hledání cest, jak ji snížit. Využití aproximovaných obvodů získaných pomocí biologií inspirovaných evolučních algoritmů je jedna z možných cest.
Autor: Ing. Jakub Podivínský, Fakulta informačních technologií
