Mikrochip dostosowuje się do poważnych uszkodzeń

Naukowcy z Caltech zademonstrowali złożony układ scalony, który wytrzymuje znaczne uszkodzenia dzięki rekonfiguracji sposobu przetwarzania informacji.

Wystrzelić: Obraz ze skaningowego mikroskopu elektronowego pokazuje uszkodzenia obwodu spowodowane przez laser.

Chip nie naprawia fizycznie wad; używa drugiego procesora, aby wymyślić nowe sposoby wykonania zadania pomimo uszkodzenia. Chip można również zaprogramować tak, aby nadawał priorytet oszczędności energii lub szybkości. Ali Hajimiri , profesor elektrotechniki w Caltech, który kierował pracami, mówi, że chipy, które dostrajają swoją wydajność w locie, mogą również działać lepiej w zwykłych warunkach.

Obwody samonaprawiające się mogą być odporne na wady produkcyjne i mogą wytrzymać uszkodzenia spowodowane wysokimi temperaturami lub pogorszenie jakości związane ze starzeniem się. Może to oznaczać bardziej solidny wojskowy sprzęt komunikacyjny i przenośną elektronikę użytkową, która może wytrzymać lanie.

Grupa Hajimiri jako pierwsza zademonstrowała tego rodzaju możliwości w złożonym układzie scalonym – w tym przypadku we wzmacniaczu mocy, rodzaju układu przetwarzającego transmisję sygnału w telefonach komórkowych i innych urządzeniach telekomunikacyjnych. Samonaprawiający się chip składa się ze 100 000 tranzystorów, kilku rodzajów czujników i dodatkowego wbudowanego procesora, który monitoruje wydajność obwodu i uruchamia algorytmy, aby ocenić, w jaki sposób można go ulepszyć.

W pracy opublikowanej w tym miesiącu w czasopiśmie Transakcje IEEE dotyczące teorii i technik mikrofalowych , grupa Caltech wykazała, że ​​obwody wyposażone w system samonaprawy nadal działają nawet po wielokrotnym piaskowaniu obwodu laserem w celu wybicia około połowy tranzystorów. Wystarczy kilkadziesiąt milisekund, aby dostosować się do obrażeń. Obwód, który nie został poddany temu atakowi, był w stanie zużywać o 50 procent mniej energii niż zwykły obwód, rekonfigurując się w celu uzyskania maksymalnej wydajności.

Drugi procesor, który umożliwia uzyskanie tych wyników, monitoruje obwód, uruchamiając program, który analizuje dane czujnika dotyczące temperatury, napięcia, prądu, mocy i innych. Można go zaprogramować, aby zoptymalizować te parametry pod kątem określonego wyniku — na przykład, aby zmaksymalizować czystość lub moc sygnału wytwarzanego przez wzmacniacz. Następnie program wymyśla, jak zmienić obwód, aby najlepiej osiągnąć ten cel. Możliwa jest zmiana napięcia przyłożonego do poszczególnych tranzystorów w obwodzie lub zmiana sposobu prowadzenia przez niego sygnałów tak, aby uniknąć uszkodzenia obszaru. Hajimiri mówi, że obwód ma około 250 000 możliwych stanów.

Hajimiri mówi, że powinno być możliwe zastosowanie tej koncepcji do każdego rodzaju obwodu, bez względu na funkcję. W demonstracji wzmacniacza mocy system samonaprawy nie zajmuje dodatkowego obszaru, ponieważ procesor pomocniczy znajduje się pod spodem.

Koncepcja ta może uwolnić projektantów chipów od konieczności upewniania się, że obwody mogą wytrzymać rzadkie zdarzenia, takie jak ekstremalne temperatury, wahania napięcia lub zakłócenia. Zdolność do tego zwykle wiąże się z kosztem wydajności.

Możesz zaprojektować chip, który będzie działał w tych najgorszych scenariuszach, ale w większości przypadków nie jest to najgorszy przypadek i możesz przez większość czasu działać szybciej lub z mniejszą mocą, mówi Subhaszysz Mitrau , profesor informatyki na Uniwersytecie Stanforda, który nie był zaangażowany w prace. Ponieważ tranzystory krzemowe są coraz bardziej agresywnie miniaturyzowane, mówi Mitra, producenci będą potrzebować projektantów obwodów, aby zapewnić większą niezawodność.

Do niedawna ekonomia odradzała tego rodzaju projektowanie, mówi Thomas H. Lee , który kieruje Laboratorium Mikrofalowych Układów Scalonych Stanforda. Ale coraz trudniej jest wykonać dobrą robotę przy produkcji chipów i myślę, że wbudowane systemy naprawcze staną się powszechne.

ukryć