211service.com
Logica van Chaos
Een herconfigureerbare chip ontwikkeld door ChaoLogix in Gainesville, FL, maakt het mogelijk om een circuit in een oogwenk van het ene type in het andere te veranderen. De mogelijkheid om chips een onbeperkt aantal keren opnieuw te ontwerpen nadat ze zijn gefabriceerd, zou chips sneller en robuuster kunnen maken. En uiteindelijk zou het de kosten van de productie van geïntegreerde schakelingen kunnen verlagen, doordat de noodzaak om dure, op maat gemaakte chips te maken, wordt verminderd.
De nieuwe chips werken door gebruik te maken van inherent chaotisch gedrag binnen de geïntegreerde schakelingen, waardoor een enkele, eenvoudige schakeling zich kan gedragen als elke soort logische poort. Zo'n chip kan bijvoorbeeld in slechts twee computerklokcycli worden omgevormd van een grafische kaart naar een geheugenchip en weer terug. We hebben de grens tussen software en hardware vervaagd, zegt William Ditto , Chief Technology Officer van ChaoLogix, dat voortkwam uit onderzoek aan de Universiteit van Florida.
In veel opzichten lijkt het concept op de ontwikkeling van software-defined radio's [SDR's], zegt Ditto. Dit zijn apparaten die een combinatie van op maat gemaakte geïntegreerde schakelingen en bestaande herconfigureerbare chips gebruiken om een flexibele mix van hardware en software te bieden, om draadloze apparaten te maken die zich kunnen aanpassen aan het werken op verschillende radiofrequenties en standaarden. Maar terwijl SDR's alleen radioapparaten kunnen maken en uit verschillende chips bestaan die zijn ontworpen om draadloze functies uit te voeren, zouden de chips van ChaoLogix in theorie al deze chips in één apparaat kunnen vervangen.
Bestaande herconfigureerbare chips, veldprogrammeerbare poortarrays (FPGA's) genoemd, bevatten programmeerbare verbindingen die opnieuw kunnen worden bedraad om verschillende functies uit te voeren. Maar FPGA's zijn relatief traag om opnieuw te configureren, meestal milliseconden voor elke herbedrading, of ongeveer een miljoen keer langzamer dan de chips van ChaoLogix.
Vanwege deze beperking hebben FPGA's de neiging om slechts één keer opnieuw te worden geconfigureerd om een enkel permanent circuit te vormen, meestal als relatief goedkope alternatieven voor het bouwen van speciale chips. Het maken van een speciale chip is erg duur, zegt Allan Cantle, CEO van Nallatech , in Glasgow, Schotland, dat software voor FPGA's ontwikkelt. U kunt gemakkelijk tientallen miljoenen dollars uitgeven aan het maken van uw eerste werkende chip.
In plaats van programmeerbare verbindingen te gebruiken, is de benadering van ChaoLogix om vaste circuits te gebruiken en in plaats daarvan hun inherente ruis of chaos te benutten om ze verschillende outputs te laten produceren zonder ze te veranderen. Normaal gesproken bestaan de circuits op een chip uit opstellingen van transistoren die zijn ontworpen om zich te gedragen als een specifiek type digitale logische poort, zoals een NAND- en NOR-poort. Maar als de ingangsspanningen naar deze circuits onder bepaalde drempels vallen, wordt hun gedrag chaotisch en produceert ze ongewenste uitgangen.
De truc van ChaoLogix is om deze chaotische toestanden te gebruiken. Ze hebben een logische poortschakeling ontworpen die zich als elke logische poort kan gedragen - als de ingangsspanningen precies goed zijn.
Het algemene idee dat chaotische systemen onstabiel en onvoorspelbaar zijn, klopt niet, zegt Ditto. Dergelijke systemen kunnen extreem gevoelig zijn voor veranderingen en het is mogelijk om de gewenste toestanden betrouwbaar en reproduceerbaar te produceren, op voorwaarde dat u ervoor zorgt dat er slechts kleine wijzigingen worden aangebracht in de ingangen.
Door kleine veranderingen aan de invoer aan te brengen, kun je [een circuit] aanpassen om totaal verschillende dingen te doen, zegt Celso grebogi , hoogleraar niet-lineaire en chaotische systemen aan de Universiteit van Aberdeen in Schotland. Dit zorgt voor een grotere mate van flexibiliteit, omdat het meer toestanden beschikbaar maakt in een bepaald systeem, zegt hij. Hierdoor ziet Grebogi dat engineers steeds meer richting chaos gaan om meer uit hun hardware te halen.
Dit zou erg handig zijn voor reguliere computertoepassingen, zegt: Julian Miller , docent elektronica aan de Universiteit van York in Engeland, die FPGA's heeft gebruikt voor evolutionaire computertoepassingen. Momenteel zijn FPGA's voor zijn doeleinden gewoon te traag. Het is een enorm probleem, zegt hij. In staat zijn om een chip opnieuw te configureren binnen een enkele klokcyclus zou een groot voordeel zijn, zegt hij.
ChaoLogix heeft het stadium bereikt waarin het elke soort poort kan maken uit een klein circuit van ongeveer 30 transistors. Dit circuit wordt vervolgens herhaald over de chip, die kan worden omgezet in verschillende opstellingen van logische poorten in een enkele klokcyclus, zegt Ditto.
Ondanks dat zowel Intel als AMD de aandacht hebben getrokken, staat de technologie nog in de kinderschoenen, zegt Ditto. ChaoLogix haalt $ 2 miljoen op om een reeks prototypes te produceren. Maar zelfs als het bedrijf slechts een klein deel van de chipmarkten kan veroveren, zal het enorm zijn, zegt Ditto.
Behalve dat het extreem snel is, heeft het gebruik van een enkel circuit enorme voordelen ten opzichte van FPGA's. De manier waarop FPGA's zijn ontworpen, neemt veel siliciumvastgoed in beslag en verbruikt veel middelen. Met de chips van ChaoLogix heb je één auto in een kleinere garage, en die kan wisselen tussen honderd verschillende autotypes, zegt Ditto.
Het is niet de eerste keer dat iemand heeft geprobeerd herconfigureerbare chips met een enkele klokcyclus te ontwikkelen. Het is platgetreden terrein, zegt Cantle. De meeste bedrijven die het hebben geprobeerd, zijn gekomen en gegaan. Een van de uitdagingen ligt in de software die nodig is om de chip opnieuw te configureren, zegt Mark Parsons , commercieel directeur van het Edinburgh Parallel Computing Centre in Schotland, die FPGA's gebruikt om een supercomputer te maken als onderdeel van een gezamenlijk industrieel en academisch project. Ze zijn nog steeds erg moeilijk te programmeren, legt hij uit. Het is niet alleen complex om elke configuratie te ontwerpen, maar elke softwaresjabloon die de configuratie beschrijft, neemt rekenkracht in beslag.
Anderen zijn het daarmee eens. Het succes van een herconfigureerbare chip hangt niet alleen af van wat hij kan doen, zegt André DeHoon , assistent-professor computerwetenschappen aan het California Institute of Technology in Pasadena. Als het voor de meeste programmeurs te complex blijkt te zijn, komt het misschien nooit van de grond.