Programowalne chipy

Spóźniając się na spotkanie, łapiesz swoje urządzenie danych osobowych. Po wypowiedzeniu słów „komórka”, mały gadżet budzi się i natychmiast programuje do rozmowy przez telefon komórkowy. Po zakończeniu rozmowy mówisz tłumacz, a urządzenie ponownie podłącza się, aby przetłumaczyć najnowsze wiadomości biznesowe z Tokio. Wydaj mapę poleceń, a ona ponownie się konfiguruje, aby odczytać GPS i wyświetlić Twoją lokalizację w czasie rzeczywistym.

Jednym z powodów, dla których ten rodzaj wszechstronności nie jest obecnie możliwy, jest to, że przenośne gadżety są zazwyczaj budowane wokół wysoce zoptymalizowanych, specjalistycznych chipów, które robią jedną rzecz naprawdę dobrze. Te chipy są szybkie i stosunkowo tanie, ale ich obwody są dosłownie napisane w kamieniu, a przynajmniej w krzemie. Wielozadaniowy gadżet musiałby mieć wiele wyspecjalizowanych chipów – rozwiązanie kosztowne i niezgrabne. Alternatywnie możesz użyć mikroprocesora ogólnego przeznaczenia, takiego jak ten w twoim komputerze, ale byłby to powolny i drogi. Z tych powodów projektanci chipów coraz częściej zwracają się ku rekonfigurowalnym sprzętowo zintegrowanym obwodom, w których architekturę wewnętrznych elementów logicznych można na bieżąco rozmieszczać i zmieniać w celu dopasowania do konkretnych zastosowań.

Ta historia była częścią naszego wydania z maja 2002 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Dziesiątki akademickich grup badawczych i start-upów dążą do ideału rekonfigurowalnego komputera ( patrz tabela ) . Jednym z najbardziej obiecujących podejść jest technologia zwana programowalnymi macierzami bramek. Strategia polega na zbudowaniu jednolitych tablic tysięcy elementów logicznych, z których każdy może nabrać osobowości różnych, podstawowych elementów obwodów cyfrowych; przełączniki i przewody można przeprogramować, aby działały w dowolnym pożądanym wzorze, skutecznie zmieniając obwody układu na żądanie. Projektant może pobrać nowy schemat okablowania i zapisać go w pamięci chipa, gdzie w razie potrzeby jest łatwo dostępny. Ten rodzaj rekonfigurowalnej logiki przejmuje coraz większą część projektów, mówi fizyk Philip Kuekes z Hewlett-Packard Laboratories. A będzie jeszcze większy.

Podstawowe rekonfigurowalne obwody już teraz odgrywają ogromną rolę w telekomunikacji. Na przykład stosunkowo proste wersje wykonane przez firmy takie jak Xilinx i Altera są szeroko stosowane w routerach i przełącznikach sieciowych, umożliwiając łatwą elektroniczną aktualizację projektów obwodów bez wymiany chipów. Jednak w tych wczesnych aplikacjach szybkość, z jaką chipy same się rekonfigurują, nie jest krytyczna.

Aby być wystarczająco szybkim dla osobistych urządzeń informacyjnych, chipy będą musiały całkowicie przekonfigurować się w ciągu milisekundy lub mniej. Tego rodzaju urządzenie kameleona byłoby zabójczą aplikacją rekonfigurowalnego przetwarzania, mówi informatyk John Wawrzynek z University of California w Berkeley. A Wawrzynek i inni informatycy uważają, że wkrótce może to być w zasięgu ręki, ponieważ nadal poprawiają szybkość i gęstość rekonfigurowalnych obwodów logicznych. Eksperci ci przewidują, że w ciągu najbliższych kilku lat systemy rekonfigurowalne będą wykorzystywane w telefonach komórkowych do obsługi takich rzeczy, jak zmiany w systemach telekomunikacyjnych lub standardach, gdy użytkownicy podróżują między regionami, z których dzwonią, lub między krajami. Wawrzynek twierdzi, że największy wpływ tej technologii może mieć to, że umożliwia ona urządzeniom lepszą obsługę mediów strumieniowych.

Niektórzy badacze komputerów uważają, że technologia jest przygotowana do jeszcze większych rzeczy, takich jak ogólne przetwarzanie. Staje się droższy i trudniejszy do wzorowania lub wytrawiania skomplikowanych obwodów stosowanych w mikroprocesorach; wielu ekspertów przewidziało, że utrzymywanie obecnego tempa umieszczania większej liczby obwodów w coraz mniejszych przestrzeniach spowoduje, w ciągu najbliższych 10 do 15 lat, cechy mikrochipów nie większe niż kilka atomów, co wymagałoby prawie niemożliwego poziomu precyzji w wytwarzanie obwodów. Nie będziemy mogli sobie pozwolić na budowę Pentium 27, mówi Seth Goldstein z Carnegie Mellon University. Nie stać nas na precyzję. Ale jak się okazuje, rekonfigurowalne chipy nie wymagają takiej precyzji, a Goldstein i inni uważają, że technologia może zaoferować realną strategię budowania komputerów, które działają na poziomie nanoskali.

Odkryliśmy teraz cząsteczki, które działają jak rekonfigurowalne bity logiczne, mówi Kuekes Hewlett-Packarda. Proponujemy dość proste urządzenia, które można dosłownie wyhodować chemią. Następnie cała złożoność zostanie pobrana do bitów konfiguracyjnych po utworzeniu struktury. Kuekes spodziewa się, że ta technologia zacznie funkcjonować za około dziesięć lat, czyli mniej więcej w tym czasie, kiedy krzem wygaśnie. Logika rekonfigurowalna nie będzie tylko dobrym pomysłem, mówi Kuekes. Będzie to jedyny sposób wykonywania obliczeń w przyszłości.

Projektowanie wszechstronności
Rosną możliwości w rekonfigurowalnym sprzęcie

Spółka	Technologia
Zmieniać (San Jose, Kalifornia)	Programowalne chipy
Systemy Kameleon (San Jose, Kalifornia)	Rekonfigurowalne systemy logiczne dla telekomunikacji
Hewlett Packard (Pało Alto, Kalifornia)	Elektronika molekularna oparta na rekonfigurowalnej architekturze
Technologia QuickSilver (San Jose, Kalifornia)	Rekonfigurowalny sprzęt dla telekomunikacji
Komputer wirtualny (Reseda, Kalifornia)	Oprogramowanie i narzędzia projektowe dla komputerów rekonfigurowalnych
Xilinx (San Jose, Kalifornia)	Programowalna logika macierzy bramek

ukryć