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Logica dal caos
Un chip riconfigurabile sviluppato da ChaoLogix a Gainesville, FL, consente di trasformare un circuito da un tipo in un altro in un istante. Avere la capacità di riprogettare efficacemente i chip un numero illimitato di volte dopo che sono stati prodotti potrebbe rendere i chip più veloci e robusti. E, in definitiva, potrebbe ridurre i costi di produzione di circuiti integrati, riducendo la necessità di realizzare costosi chip personalizzati.
I nuovi chip funzionano sfruttando il comportamento caotico intrinseco all'interno dei circuiti integrati, consentendo a un singolo circuito semplice di comportarsi come qualsiasi tipo di porta logica. Un tale chip potrebbe essere trasformato, ad esempio, da una scheda grafica in un chip di memoria e viceversa, in soli due cicli di clock del computer. Abbiamo offuscato il confine tra software e hardware, afferma William Idem , chief technology officer di ChaoLogix, che è stato estratto dalla ricerca presso l'Università della Florida.
Per molti aspetti, il concetto è simile allo sviluppo di radio definite dal software [SDR], afferma Ditto. Si tratta di dispositivi che utilizzano una combinazione di circuiti integrati personalizzati e chip riconfigurabili esistenti per fornire un mix flessibile di hardware e software, per realizzare dispositivi wireless in grado di adattarsi al funzionamento a frequenze e standard radio diversi. Ma mentre gli SDR possono realizzare solo dispositivi radio e sono costituiti da diversi chip progettati per eseguire funzioni wireless, i chip di ChaoLogix potrebbero, in teoria, sostituire tutti questi chip in un singolo dispositivo.
I chip riconfigurabili esistenti, chiamati FPGA (field programmable gate array), contengono interconnessioni programmabili che possono essere ricablate per eseguire diverse funzioni. Ma gli FPGA sono relativamente lenti da riconfigurare, in genere impiegano millisecondi per ogni ricablaggio, o circa un milione di volte più lenti dei chip ChaoLogix.
A causa di questa limitazione, gli FPGA tendono a essere riconfigurati solo una volta per formare un singolo circuito permanente, solitamente come alternative relativamente economiche alla costruzione di chip dedicati. Realizzare un chip dedicato è molto costoso, afferma Allan Cantle, CEO di Nallatech , a Glasgow, in Scozia, che sviluppa software per FPGA. Puoi facilmente spendere decine di milioni di dollari solo per realizzare il tuo primo chip funzionante.
Piuttosto che utilizzare interconnessioni programmabili, l'approccio di ChaoLogix consiste nell'utilizzare circuiti fissi e sfruttare invece il loro rumore o caos intrinseco per farli produrre output diversi senza modificarli. Normalmente, i circuiti su un chip sono costituiti da disposizioni di transistor progettati per comportarsi come un tipo specifico di porta logica digitale, come una porta NAND e NOR. Ma se le tensioni in ingresso a questi circuiti scendono al di sotto di determinate soglie, i loro comportamenti diventano caotici, producendo uscite indesiderate.
Il trucco di ChaoLogix consiste nell'utilizzare questi stati caotici. Hanno progettato un circuito di porta logica in grado di comportarsi come qualsiasi tipo di porta logica, se le tensioni di ingresso sono giuste.
L'idea comune che i sistemi caotici siano instabili e imprevedibili non è accurata, afferma Idem. Tali sistemi possono essere estremamente sensibili ai cambiamenti ed è possibile produrre gli stati desiderati in modo affidabile e riproducibile, purché si garantisca che vengano apportate solo modifiche minori agli input.
Semplicemente apportando piccole modifiche all'ingresso, puoi adattare [un circuito] per fare cose completamente diverse, dice Celso grebogi , professore di sistemi non lineari e caotici presso l'Università di Aberdeen in Scozia. Questo crea un maggior grado di flessibilità, perché rende disponibili più stati in un dato sistema, dice. Per questo motivo, Grebogi vede gli ingegneri rivolgersi sempre più al caos per ottenere di più dal proprio hardware.
Questo sarebbe molto utile per le applicazioni informatiche tradizionali, afferma Julian Miller , docente di elettronica presso l'Università di York in Inghilterra, che ha utilizzato gli FPGA per applicazioni di elaborazione evolutiva. Attualmente, per i suoi scopi, gli FPGA sono semplicemente troppo lenti. È un problema enorme, dice. Essere in grado di riconfigurare un chip all'interno di un singolo ciclo di clock sarebbe un grande vantaggio, afferma.
ChaoLogix è arrivato allo stadio in cui può creare qualsiasi tipo di gate da un piccolo circuito di circa 30 transistor. Questo circuito viene quindi ripetuto attraverso il chip, che può essere trasformato in diverse disposizioni di porte logiche in un singolo ciclo di clock, afferma Ditto.
Nonostante abbia attirato l'attenzione sia di Intel che di AMD, la tecnologia è ancora agli albori, afferma Ditto. ChaoLogix sta raccogliendo $ 2 milioni per produrre una gamma di prototipi. Ma anche se l'azienda può guadagnare solo una piccola fetta dei mercati dei chip, sarà enorme, afferma Ditto.
Oltre ad essere estremamente veloce, l'utilizzo di un singolo circuito presenta enormi vantaggi rispetto agli FPGA. Il modo in cui sono progettati gli FPGA occupa molto spazio in silicio e consuma molte risorse. Con i chip di ChaoLogix, hai un'auto in un garage più piccolo e può cambiare tra cento diversi tipi di auto, afferma Ditto.
Non è la prima volta che qualcuno prova a sviluppare chip riconfigurabili a ciclo di clock singolo. È un terreno ben battuto, dice Cantle. La maggior parte delle aziende che hanno provato sono andate e venute. Una delle sfide risiede nel software necessario per riconfigurare il chip, afferma Mark Parsons , direttore commerciale dell'Edinburgh Parallel Computing Centre in Scozia, che utilizza gli FPGA per realizzare un supercomputer nell'ambito di un progetto congiunto tra industria e università. Sono ancora molto difficili da programmare, spiega. Non solo è complesso progettare ogni configurazione, ma ogni modello software che descrive la configurazione richiede risorse computazionali.
Altri sono d'accordo. Il successo di un chip riconfigurabile non dipende solo da ciò che può fare, afferma André DeHon , assistente professore di informatica presso il California Institute of Technology di Pasadena. Se si rivela troppo complesso per la maggior parte dei programmatori, potrebbe non decollare mai.