Microchip past zich aan bij ernstige schade

Caltech-onderzoekers hebben een complex geïntegreerd circuit aangetoond dat aanzienlijke schade overleeft door de manier waarop het informatie verwerkt opnieuw te configureren.

Schiet op: Een scanning-elektronenmicroscoopafbeelding toont schade aan een circuit door een laser.

De chip repareert fysiek geen gebreken; het gebruikt een tweede processor om nieuwe manieren te bedenken om een ​​taak uit te voeren ondanks de schade. De chip kan ook worden geprogrammeerd om prioriteit te geven aan energiebesparing of snelheid. Ali Hajimiri , de Caltech-hoogleraar elektrotechniek die het werk leidde, zegt dat chips die hun eigen prestaties on-the-fly afstemmen, ook onder normale omstandigheden beter zouden kunnen presteren.

Zelfherstellende circuits kunnen bestand zijn tegen fabricagefouten en kunnen bestand zijn tegen schade veroorzaakt door hoge temperaturen of de verslechtering die gepaard gaat met veroudering. Dat zou kunnen betekenen robuustere militaire communicatieapparatuur en draagbare consumentenelektronica die tegen een stootje kan.

De groep van Hajimiri is de eerste die dit soort mogelijkheden demonstreert in een complexe geïntegreerde schakeling, in dit geval een eindversterker, een type schakeling die de signaaloverdracht in mobiele telefoons en andere telecommunicatieapparatuur verwerkt. De zelfherstellende chip bestaat uit 100.000 transistors, verschillende soorten sensoren en een extra ingebouwde processor die de prestaties van het circuit bewaakt en algoritmen uitvoert om te beoordelen hoe het kan worden verbeterd.

In werk dat deze maand in het tijdschrift is gepubliceerd IEEE-transacties over microgolftheorie en -technieken , toonde de Caltech-groep aan dat circuits die zijn uitgerust met het zelfherstellende systeem blijven werken, zelfs nadat het circuit herhaaldelijk is bestraald met een laser om ongeveer de helft van de transistors uit te schakelen. Het duurt slechts tientallen milliseconden om aan de schade te wennen. Een circuit dat niet aan deze aanval werd blootgesteld, kon 50 procent minder stroom verbruiken dan een gewoon circuit door zichzelf opnieuw te configureren voor maximale efficiëntie.

De secundaire processor die deze resultaten mogelijk maakt, bewaakt het circuit door een programma uit te voeren dat sensorgegevens analyseert over temperatuur, spanning, stroom, vermogen en meer. Het kan worden geprogrammeerd om deze parameters voor een bepaald resultaat te optimaliseren, bijvoorbeeld om de zuiverheid of het vermogen van het signaal dat door de versterker wordt geproduceerd, te maximaliseren. Het programma zoekt vervolgens uit hoe het circuit kan worden gewijzigd om dat doel het beste te bereiken. Het is mogelijk om de spanning die op bepaalde transistors in het circuit wordt toegepast te veranderen, of om de manier waarop signalen er doorheen worden geleid te veranderen om een ​​beschadigd gebied te vermijden. Hajimiri zegt dat het circuit ongeveer 250.000 mogelijke toestanden heeft.

Hajimiri zegt dat het mogelijk moet zijn om dit concept toe te passen op elk soort circuit, ongeacht de functie. In de demonstratie van de eindversterker neemt het zelfherstellende systeem geen extra ruimte in beslag omdat de secundaire processor eronder is geplaatst.

Het concept zou chipontwerpers kunnen bevrijden van het feit dat ze ervoor moeten zorgen dat circuits bestand zijn tegen zeldzame gebeurtenissen zoals extreme temperaturen, spanningsschommelingen of interferentie. De mogelijkheid om dit te doen gaat meestal ten koste van de prestaties.

Je kunt een chip ontwerpen die in deze worstcasescenario's werkt, maar meestal is dit niet het slechtste geval, en je zou het grootste deel van de tijd sneller of met minder vermogen kunnen werken, zegt Subhasish Mitra , een professor in computerwetenschappen aan de Stanford University, die niet bij het werk betrokken was. Omdat siliciumtransistoren steeds agressiever worden geminiaturiseerd, zegt Mitra, zullen fabrikanten circuitontwerpers nodig hebben om meer betrouwbaarheid te bieden.

Tot voor kort ontmoedigde de economie dit soort ontwerp, zegt Thomas H. Lee , die aan het hoofd staat van het Stanford Microwave Integrated Circuits Laboratory. Maar het wordt een stuk moeilijker om chips goed te maken, en ik denk dat embedded reparatiesystemen gemeengoed zullen worden.

zich verstoppen