211service.com
Logika z Chaosu
Rekonfigurowalny chip opracowany przez ChaoLogix w Gainesville w stanie Floryda umożliwia błyskawiczne przekształcenie jednego typu obwodu w inny. Możliwość skutecznego przeprojektowania chipów nieograniczoną liczbę razy po ich wyprodukowaniu może sprawić, że chipy będą szybsze i bardziej wytrzymałe. I ostatecznie może obniżyć koszty produkcji układów scalonych, zmniejszając potrzebę wytwarzania drogich, niestandardowych układów scalonych.
Nowatorskie układy scalone działają, wykorzystując nieodłączne chaotyczne zachowanie w obwodach scalonych, umożliwiając pojedynczemu, prostemu obwodowi zachowywanie się jak każdy rodzaj bramki logicznej. Taki układ może zostać przekształcony na przykład z karty graficznej w układ pamięci i z powrotem – w zaledwie dwóch cyklach zegara komputera. Zatarliśmy granicę między oprogramowaniem a sprzętem, mówi William Ditto , dyrektor ds. technologii w firmie ChaoLogix, która została wydzielona z badań na Uniwersytecie Floryda.
Pod wieloma względami koncepcja jest podobna do opracowywania radiotelefonów definiowanych programowo [SDR], mówi Ditto. Są to urządzenia, które wykorzystują kombinację niestandardowych układów scalonych i istniejących rekonfigurowalnych chipów, aby zapewnić elastyczną mieszankę sprzętu i oprogramowania, aby stworzyć urządzenia bezprzewodowe, które można dostosować do działania w różnych częstotliwościach radiowych i standardach. Ale podczas gdy SDR mogą wytwarzać tylko urządzenia radiowe i składają się z kilku chipów zaprojektowanych do wykonywania funkcji bezprzewodowych, chipy ChaoLogix mogą teoretycznie zastąpić wszystkie te chipy w jednym urządzeniu.
Istniejące rekonfigurowalne układy scalone, zwane macierzami programowalnych bramek (FPGA), zawierają programowalne połączenia, które można zmienić w celu wykonywania różnych funkcji. Ale rekonfiguracja FPGA jest stosunkowo powolna, zwykle zajmuje milisekundy na każde ponowne okablowanie lub około milion razy wolniej niż chipy ChaoLogix.
Z powodu tego ograniczenia, układy FPGA są zwykle rekonfigurowane tylko raz, aby utworzyć pojedynczy stały obwód, zwykle jako stosunkowo tania alternatywa dla budowania dedykowanych układów scalonych. Stworzenie dedykowanego chipa jest bardzo drogie, mówi Allan Cantle, dyrektor generalny Nallatech , w Glasgow w Szkocji, która tworzy oprogramowanie dla układów FPGA. Możesz z łatwością wydać dziesiątki milionów dolarów po prostu robiąc swój pierwszy działający chip.
Zamiast używać programowalnych interkonektów, podejście ChaoLogix polega na użyciu stałych obwodów, a zamiast tego wykorzystuje ich nieodłączny szum lub chaos, aby wytwarzać różne wyjścia bez ich zmiany. Zwykle obwody na chipie składają się z układów tranzystorów zaprojektowanych tak, aby zachowywały się jak określony typ cyfrowej bramki logicznej, takiej jak bramka NAND i NOR. Ale jeśli napięcia wejściowe do tych obwodów spadną poniżej pewnych progów, ich zachowanie staje się chaotyczne, wytwarzając niepożądane sygnały wyjściowe.
Sztuczka ChaoLogix polega na wykorzystaniu tych chaotycznych stanów. Zaprojektowali obwód bramki logicznej, który może zachowywać się jak każdy rodzaj bramki logicznej – jeśli napięcia wejściowe są odpowiednie.
Powszechne przekonanie, że systemy chaotyczne są niestabilne i nieprzewidywalne, nie jest trafne, mówi Ditto. Takie systemy mogą być niezwykle wrażliwe na zmiany i możliwe jest niezawodne i powtarzalne wytwarzanie pożądanych stanów, pod warunkiem, że na wejściach zostaną wprowadzone tylko niewielkie zmiany.
Po prostu dokonując niewielkich zmian na wejściu, możesz dostosować [obwód] do robienia zupełnie innych rzeczy, mówi Celso grebogi , profesor systemów nieliniowych i chaotycznych na Uniwersytecie Aberdeen w Szkocji. Stwarza to większą elastyczność, ponieważ udostępnia więcej stanów w danym systemie – mówi. Z tego powodu Grebogi widzi, jak inżynierowie coraz częściej zwracają się w stronę chaosu, aby wydobyć więcej ze swojego sprzętu.
Byłoby to bardzo przydatne w przypadku głównych aplikacji obliczeniowych, mówi Julian Miller , wykładowca elektroniki na University of York w Anglii, który wykorzystywał układy FPGA do ewolucyjnych aplikacji obliczeniowych. Obecnie na jego potrzeby układy FPGA są po prostu zbyt wolne. To ogromny problem, mówi. Możliwość rekonfiguracji chipa w ciągu jednego cyklu zegara byłaby wielką korzyścią, mówi.
ChaoLogix dotarł do etapu, w którym może stworzyć dowolną bramkę z małego obwodu około 30 tranzystorów. Ten obwód jest następnie powtarzany na chipie, który można przekształcić w różne układy bramek logicznych w jednym cyklu zegara, mówi Ditto.
Pomimo tego, że przyciągnęła uwagę zarówno Intela, jak i AMD, technologia ta wciąż jest na wczesnym etapie, mówi Ditto. ChaoLogix zbiera 2 miliony dolarów na produkcję szeregu prototypów. Ale nawet jeśli firma może zyskać tylko maleńki kawałek rynku chipów, będzie ogromny, mówi Ditto.
Poza tym, że jest niezwykle szybki, użycie pojedynczego obwodu ma ogromną przewagę nad FPGA. Sposób, w jaki projektuje się układy FPGA, zajmuje dużo krzemowych nieruchomości i zużywa dużo zasobów. Dzięki chipom ChaoLogix masz jeden samochód w mniejszym garażu, który może zmieniać się między setką różnych typów samochodów, mówi Ditto.
To nie pierwszy raz, kiedy ktoś próbował opracować rekonfigurowalne chipy z pojedynczym cyklem zegara. To dobrze wydeptany grunt, mówi Cantle. Większość firm, które próbowały, pojawiły się i zniknęły. Jednym z wyzwań jest oprogramowanie wymagane do ponownej konfiguracji chipa, mówi Mark Parsons , dyrektor handlowy Edinburgh Parallel Computing Centre w Szkocji, który wykorzystuje układy FPGA do budowy superkomputera w ramach wspólnego projektu branżowego i akademickiego. Wciąż są bardzo trudne do zaprogramowania – wyjaśnia. Nie tylko zaprojektowanie każdej konfiguracji jest skomplikowane, ale każdy szablon oprogramowania opisujący konfigurację wymaga zasobów obliczeniowych.
Inni się zgadzają. Mówi się, że sukces rekonfigurowalnego chipa nie zależy tylko od tego, co potrafi André DeHon , adiunkt informatyki w California Institute of Technology w Pasadenie. Jeśli okaże się to zbyt skomplikowane dla większości programistów, może nigdy nie ruszyć z miejsca.