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Chip per computer migliori, prima
I ricercatori dell'Università del Michigan hanno sviluppato un software che va a caccia di difetti nei chip e propone il modo migliore per risolverli. Il loro approccio affronta un problema crescente per i produttori di chip come AMD e Intel. Man mano che i transistor si restringono e i chip acquisiscono design più complessi, i bug hardware stanno diventando più diffusi. Attualmente, può essere necessario fino a un anno per eseguire il debug dei prototipi di chip e prepararli per la produzione di massa. Il nuovo software potrebbe ridurre il tempo necessario per immettere un chip sul mercato, tagliare i costi riducendo il numero di prototipi e cicli di test e, infine, produrre chip con meno difetti.
Sterminatore digitale: I nuovi software possono trovare bug nei chip dei computer e proporre modi per risolverli, molto più velocemente di quanto possano fare gli ingegneri che utilizzano il tradizionale approccio manuale. Il software potrebbe far risparmiare milioni di dollari in costi di prototipazione e rendere i chip più sicuri.
Questo è ancora un problema irrisolto, dice Rob Rutenbar , professore di ingegneria elettrica e informatica presso la Carnegie Mellon University, che aggiunge che c'è pochissima letteratura scientifica sul debugging del silicio. Intel potrebbe avere una tecnologia sofisticata, ma non ne stanno parlando. Per quanto ne sappiamo, le persone lo fanno a mano, dice Rutenbar. La sensazione che ho è che non è molto ben automatizzato.
Il debug manuale lascia più spazio agli errori. Praticamente tutti i chip, inclusi i microprocessori, sono bacati, dice Igor Markov , professore di ingegneria elettrica e informatica presso l'Università del Michigan. Il sito Web di Intel, ad esempio, elenca circa 130 bug hardware noti sui laptop commerciali. La maggior parte può essere risolta con il download di software, ma circa 20 di loro non possono esserlo, afferma Markov, e lasciano le macchine vulnerabili ai virus.
Markov e il suo collega Valeria Bertacco , professore di ingegneria elettrica e informatica al Michigan, ha sviluppato un software che affronta il problema della correzione dei bug dopo che il primo ciclo di prototipi è tornato al produttore di chip. Quando hai una prima versione di un chip, non è pronto per essere dato al consumatore, dice Bertacco. Gli ingegneri devono provare a eseguire sistemi operativi e software su di esso per vedere se funziona, e questo processo può richiedere da un paio d'ore a una settimana, a seconda del numero di difetti nei chip.
È molto difficile capire cosa non va, dice Bertacco. E una volta che un ingegnere ha identificato un bug, che può essere qualsiasi cosa, da fili troppo ravvicinati a transistor fuori posto, non è sempre chiaro quale sarà la soluzione migliore. Spesso gli ingegneri riparano un problema solo per scoprire nel ciclo successivo di prototipi che le loro soluzioni hanno inavvertitamente aggiunto altri difetti. I prototipi possono richiedere mesi per essere realizzati e sono costosi: cambiare i disegni sulle maschere utilizzate per modellare strati di transistor e fili sui chip costa milioni di dollari.
Attualmente, quando un prototipo torna a un produttore di chip, gli ingegneri lo collegano a sonde elettriche che inviano segnali elettrici attraverso di esso e registrano l'output, spiega Bertacco. Segnali diversi vanno a parti diverse del chip e, provando migliaia di segnali, gli ingegneri di solito possono individuare un problema. Poi propongono una serie di possibili soluzioni. A volte hanno semplicemente bisogno di rimuovere una connessione tra due fili in uno degli strati superiori del chip. Questo può essere fatto utilizzando apparecchiature prontamente disponibili in laboratorio e il chip può essere riesaminato rapidamente. Altre volte, sono necessarie correzioni agli strati inferiori all'interno del chip, dove i transistor costituiscono le porte logiche. Questi transistor non possono essere regolati e testati così facilmente.
I ricercatori del Michigan hanno scritto un software che specifica automaticamente l'input elettrico ai chip in fase di test e ne analizza l'output per trovare le aree problematiche. Idealmente, gli ingegneri dovrebbero conoscere l'uscita di ciascun transistor su un chip. Ma i chip di consumo avranno presto più di un miliardo di transistor, il che richiederà molto tempo per test così precisi, spiega Bertacco. Quindi l'algoritmo del Michigan testa una serie di input su un'ampia porzione del chip. In base agli errori di output, sa su quale parte del chip concentrarsi, restringendo la ricerca a pochi promettenti bug candidati, afferma Bertacco. In modo simile, il software identifica i modi per correggere i bug, eseguendo una serie di simulazioni per trovare una variante di progettazione che offra la soluzione più rapida ed economica.
Uno dei grandi vantaggi dell'approccio dei ricercatori del Michigan, afferma Rutenbar, è che il loro software a volte può fornire soluzioni controintuitive. Un ingegnere, dice, potrebbe vedere che il modo logico per correggere un bug è ricablare un certo numero di circuiti. Ma il software può dire quando capovolgere alcuni fili otterrà lo stesso risultato. Quando gli umani lo guardano, non è affatto ovvio, dice Rutenbar.
Nei casi di studio, i ricercatori hanno dimostrato che il loro software può riparare automaticamente circa il 70% dei principali bug del silicio e affermano di poter ridurre la quantità di tempo necessaria per trovare un particolare bug da settimane a giorni.
Intel sta tenendo d'occhio il lavoro, poiché è sempre alla ricerca di modi migliori per migliorare il processo di creazione dei chip. Il debug del silicio è un problema serio, afferma Shekhar Borkar , un ricercatore Intel. Dice che Intel utilizza lo stesso tipo di tecniche utilizzate dai ricercatori del Michigan, ma forse in una forma diversa. Borkar aggiunge che ci sono alcuni progressi nel giornale [del Michigan]. Dice che la ricerca nel Michigan è un buon inizio per risolvere il problema, ma deve ancora essere dimostrata al di fuori del laboratorio.