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Il microchip si adatta a gravi danni
I ricercatori del Caltech hanno dimostrato un complesso circuito integrato che sopravvive a danni sostanziali riconfigurando il modo in cui elabora le informazioni.
Decolla: Un'immagine al microscopio elettronico a scansione mostra i danni causati a un circuito da un laser.
Il chip non ripara fisicamente i difetti; utilizza un secondo processore per trovare nuovi modi per eseguire un'attività nonostante il danno. Il chip può anche essere programmato per dare priorità al risparmio energetico o alla velocità. Ali Hajimiri , il professore di ingegneria elettrica del Caltech che ha guidato il lavoro, afferma che i chip che regolano le proprie prestazioni al volo potrebbero anche funzionare meglio in circostanze normali.
I circuiti autoriparanti potrebbero essere resistenti ai difetti di fabbricazione e potrebbero resistere ai danni causati dalle alte temperature o al deterioramento dovuto all'invecchiamento. Ciò potrebbe significare apparecchiature di comunicazione militari più robuste ed elettronica di consumo portatile che può subire un duro colpo.
Il gruppo di Hajimiri è il primo a dimostrare questo tipo di capacità in un complesso circuito integrato, in questo caso un amplificatore di potenza, un tipo di circuito che elabora la trasmissione del segnale nei telefoni cellulari e altri dispositivi di telecomunicazione. Il chip autorigenerante è composto da 100.000 transistor, diversi tipi di sensori e un processore integrato aggiuntivo che monitora le prestazioni del circuito ed esegue algoritmi per valutare come migliorarlo.
Nel lavoro pubblicato questo mese sulla rivista Transazioni IEEE su teoria e tecniche delle microonde , il gruppo Caltech ha dimostrato che i circuiti dotati del sistema di autoriparazione continuano a funzionare anche dopo che il circuito è stato ripetutamente colpito da un laser per eliminare circa la metà dei transistor. Ci vogliono solo decine di millisecondi per adattarsi al danno. Un circuito che non è stato soggetto a questo attacco è stato in grado di consumare il 50 percento in meno di energia rispetto a un circuito normale riconfigurandosi per la massima efficienza.
Il processore secondario che rende possibili questi risultati monitora il circuito eseguendo un programma che analizza i dati del sensore su temperatura, tensione, corrente, potenza e altro. Può essere programmato per ottimizzare questi parametri per un particolare risultato, ad esempio per massimizzare la purezza o la potenza del segnale prodotto dall'amplificatore. Il programma quindi capisce come cambiare il circuito per raggiungere al meglio quell'obiettivo. È possibile modificare la tensione applicata a particolari transistor nel circuito o modificare il modo in cui i segnali vengono instradati attraverso di esso in modo da evitare un'area danneggiata. Hajimiri afferma che il circuito ha circa 250.000 possibili stati.
Hajimiri afferma che dovrebbe essere possibile applicare questo concetto a qualsiasi tipo di circuito, indipendentemente dalla funzione. Nella dimostrazione dell'amplificatore di potenza, il sistema di autoriparazione non occupa alcuna area aggiuntiva perché il processore secondario è posizionato al di sotto.
Il concetto potrebbe liberare i progettisti di chip dal dover assicurarsi che i circuiti possano resistere a eventi rari come temperature estreme, fluttuazioni di tensione o interferenze. La capacità di farlo di solito ha un costo in termini di prestazioni.
Puoi progettare un chip che funzioni in questi scenari peggiori, ma la maggior parte delle volte non è il caso peggiore e potresti funzionare più velocemente o con meno energia per la maggior parte del tempo, afferma Subhasish Mitra , un professore di informatica alla Stanford University, che non era coinvolto nel lavoro. Poiché i transistor al silicio vengono miniaturizzati in modo sempre più aggressivo, afferma Mitra, i produttori avranno bisogno di progettisti di circuiti per fornire maggiore affidabilità.
Fino a poco tempo, l'economia scoraggiava questo tipo di design, afferma Thomas H. Lee , che dirige il laboratorio di circuiti integrati a microonde di Stanford. Ma sta diventando molto più difficile fare un buon lavoro nella produzione di chip e penso che i sistemi di riparazione integrati diventeranno comuni.