Chip programmabili

In ritardo per un appuntamento, prendi il tuo dispositivo per le informazioni personali. Spinto dal tuo pronunciare le parole cellulare, il piccolo gadget si risveglia e si programma istantaneamente per una telefonata. Fatto con la chiamata, dici traduttore, e il dispositivo si ricabla per tradurre le ultime notizie di affari da Tokyo. Emetti la mappa dei comandi e si riconfigura di nuovo per eseguire una lettura GPS e visualizzare la tua posizione in tempo reale.

Uno dei motivi per cui questo tipo di versatilità non è possibile oggi è che i gadget portatili sono in genere costruiti attorno a chip speciali altamente ottimizzati che fanno una cosa davvero bene. Questi chip sono veloci e relativamente economici, ma i loro circuiti sono letteralmente scritti in pietra, o almeno in silicio. Un gadget multiuso dovrebbe avere molti chip specializzati, una soluzione costosa e maldestra. In alternativa, potresti usare un microprocessore generico, come quello del tuo PC, ma sarebbe lento oltre che costoso. Per questi motivi, i progettisti di chip si stanno rivolgendo sempre più a circuiti integrati hardware riconfigurabili in cui l'architettura degli elementi logici interni può essere organizzata e riorganizzata al volo per adattarsi a particolari applicazioni.

Questa storia faceva parte del nostro numero di maggio 2002

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Decine di gruppi di ricerca accademici e startup stanno perseguendo l'ideale del computer riconfigurabile ( consultare tabella ) . Uno degli approcci più promettenti è una tecnologia chiamata array di porte programmabili sul campo. La strategia consiste nel costruire array uniformi di migliaia di elementi logici, ognuno dei quali può assumere la personalità di diversi, fondamentali componenti della circuiteria digitale; gli interruttori e i cavi possono essere riprogrammati per funzionare in qualsiasi schema desiderato, ricablando efficacemente i circuiti di un chip su richiesta. Un progettista può scaricare un nuovo schema di cablaggio e archiviarlo nella memoria del chip, dove è facilmente accessibile quando necessario. Questo tipo di logica riconfigurabile sta conquistando una quota sempre più ampia di progetti, afferma il fisico Philip Kuekes di Hewlett-Packard Laboratories. E diventerà ancora più grande.

I circuiti riconfigurabili di base svolgono già un ruolo enorme nelle telecomunicazioni. Ad esempio, versioni relativamente semplici realizzate da aziende come Xilinx e Altera sono ampiamente utilizzate per router e switch di rete, consentendo di aggiornare facilmente i progetti di circuiti elettronicamente senza sostituire i chip. In queste prime applicazioni, tuttavia, la velocità con cui i chip si riconfigurano non è critica.

Per essere abbastanza veloci per i dispositivi di informazione personale, i chip dovranno riconfigurarsi completamente in un millisecondo o meno. Quel tipo di dispositivo camaleontico sarebbe l'app killer dei computer riconfigurabili, afferma l'esperto di informatica John Wawrzynek dell'Università della California, Berkeley. E Wawrzynek e altri scienziati informatici ritengono che potrebbe presto essere a portata di mano, poiché continuano a migliorare la velocità e la densità dei circuiti logici riconfigurabili. Questi esperti prevedono che nei prossimi due anni verranno utilizzati sistemi riconfigurabili nei telefoni cellulari per gestire cose come i cambiamenti nei sistemi o negli standard di telecomunicazione mentre gli utenti viaggiano tra le regioni chiamanti o tra i paesi. Wawrzynek afferma che l'impatto maggiore della tecnologia potrebbe essere che consente ai dispositivi di gestire meglio i media in streaming.

Alcuni ricercatori informatici ritengono che la tecnologia sia pronta per cose ancora più grandi, come l'informatica generale. Sta diventando più costoso e difficile modellare, o incidere, i circuiti elaborati utilizzati nei microprocessori; molti esperti hanno previsto che mantenere l'attuale velocità di inserimento di più circuiti in spazi sempre più piccoli, nei prossimi 10-15 anni, si tradurrà in caratteristiche su microchip non più grandi di pochi atomi, il che richiederebbe un livello di precisione quasi impossibile in fabbricazione di circuiti. Non potremo permetterci di costruire il Pentium 27, afferma Seth Goldstein della Carnegie Mellon University. Non possiamo permetterci la precisione. Ma a quanto pare, i chip riconfigurabili non hanno bisogno di quel tipo di precisione, e Goldstein e altri credono che la tecnologia potrebbe offrire una strategia praticabile per costruire computer che funzionino a livello di nanoscala.

Ora abbiamo scoperto molecole che agiscono proprio come bit logici riconfigurabili, afferma Kuekes di Hewlett-Packard. Proponiamo dispositivi abbastanza semplici che possono essere letteralmente coltivati ​​con la chimica. Quindi tutta la complessità verrà scaricata nei bit di configurazione una volta realizzata la struttura. Kuekes prevede che questa tecnologia si concretizzerà in circa dieci anni, proprio quando il silicio si esaurirà. La logica riconfigurabile non sarà solo una buona idea, afferma Kuekes. Sarà l'unico modo per fare informatica in futuro.

Versatilità di progettazione
Le opportunità nell'hardware riconfigurabile sono in aumento

Società	Tecnologia
Alter (San José, CA)	Chip programmabili
Sistemi camaleonti (San José, CA)	Sistemi logici riconfigurabili per telecomunicazioni
Hewlett Packard (Palo Alto, California)	Elettronica molecolare basata su architettura riconfigurabile
Tecnologia QuickSilver (San José, CA)	Hardware riconfigurabile per telecomunicazioni
Computer virtuale (Reseda, CA)	Software e strumenti di progettazione per computer riconfigurabili
Xilinx (San José, CA)	Logica dell'array di porte programmabile sul campo

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