Programmeerbare chips

Te laat voor een afspraak, pak je je persoonlijke informatieapparaat. Als u de woorden mobiele telefoon uitspreekt, ontwaakt het kleine gadget en programmeert het zichzelf onmiddellijk voor een mobiel telefoongesprek. Klaar met de oproep, zeg je vertaler, en het apparaat herbedraden zichzelf om het laatste zakelijke nieuws uit Tokio te vertalen. Geef de opdrachtkaart uit en deze configureert zichzelf opnieuw om een ​​GPS-meting uit te voeren en uw locatie in realtime weer te geven.

Een reden waarom dit soort veelzijdigheid tegenwoordig niet mogelijk is, is dat handheld-gadgets meestal zijn gebouwd rond sterk geoptimaliseerde speciale chips die één ding heel goed doen. Deze chips zijn snel en relatief goedkoop, maar hun circuits zijn letterlijk in steen geschreven, of in ieder geval in silicium. Een multifunctioneel gadget zou veel gespecialiseerde chips moeten hebben - een dure en onhandige oplossing. Als alternatief kunt u een microprocessor voor algemene doeleinden gebruiken, zoals die op uw pc, maar dat zou zowel traag als duur zijn. Om deze redenen wenden chipontwerpers zich steeds meer tot herconfigureerbare hardware-geïntegreerde circuits waar de architectuur van de interne logische elementen on-the-fly kan worden gerangschikt en herschikt om aan bepaalde toepassingen te voldoen.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van mei 2002

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

Tientallen academische onderzoeksgroepen en startende bedrijven streven het ideaal van de herconfigureerbare computer na ( zie tafel ) . Een van de meest veelbelovende benaderingen is een technologie die veldprogrammeerbare poortarrays wordt genoemd. De strategie is om uniforme arrays van duizenden logische elementen te bouwen, die elk de persoonlijkheid kunnen aannemen van verschillende, fundamentele componenten van digitale schakelingen; de schakelaars en draden kunnen opnieuw worden geprogrammeerd om in elk gewenst patroon te werken, waardoor de circuits van een chip op verzoek effectief opnieuw worden bedraden. Een ontwerper kan een nieuw bedradingspatroon downloaden en opslaan in het geheugen van de chip, waar het indien nodig gemakkelijk toegankelijk is. Dit soort herconfigureerbare logica trekt een steeds groter deel van de ontwerpen naar zich toe, zegt natuurkundige Philip Kuekes van Hewlett-Packard Laboratories. En het zal nog groter worden.

Herconfigureerbare basiscircuits spelen al een grote rol in de telecommunicatie. Zo worden relatief eenvoudige versies gemaakt door bedrijven als Xilinx en Altera veel gebruikt voor netwerkrouters en switches, waardoor circuitontwerpen eenvoudig elektronisch kunnen worden bijgewerkt zonder chips te vervangen. In deze vroege toepassingen is de snelheid waarmee de chips zichzelf opnieuw configureren echter niet kritisch.

Om snel genoeg te zijn voor apparaten met persoonlijke informatie, moeten de chips zichzelf in een milliseconde of minder volledig opnieuw configureren. Zo'n kameleonapparaat zou de killer-app van herconfigureerbaar computergebruik zijn, zegt computerwetenschapper John Wawrzynek van de University of California, Berkeley. En Wawrzynek en andere computerwetenschappers zijn van mening dat het binnenkort binnen handbereik kan komen, omdat ze de snelheid en dichtheid van herconfigureerbare logische circuits blijven verbeteren. Deze experts voorspellen dat in de komende jaren herconfigureerbare systemen in mobiele telefoons zullen worden gebruikt om zaken als veranderingen in telecommunicatiesystemen of standaarden aan te pakken wanneer gebruikers tussen belregio's of tussen landen reizen. Wawrzynek zegt dat de grootste impact van de technologie kan zijn dat apparaten hierdoor beter kunnen omgaan met streaming media.

Sommige computeronderzoekers zijn van mening dat de technologie klaar is voor nog grotere dingen, zoals algemeen computergebruik. Het wordt duurder en moeilijker om de ingewikkelde schakelingen die in microprocessors worden gebruikt, te patroon of te etsen; veel experts hebben voorspeld dat het handhaven van het huidige tempo van het plaatsen van meer circuits in steeds kleinere ruimtes, ergens in de komende 10 tot 15 jaar, zal resulteren in functies op microchips die niet groter zijn dan een paar atomen, wat een bijna onmogelijk niveau van precisie zou vereisen in circuits fabriceren. We kunnen het ons niet veroorloven om de Pentium 27 te bouwen, zegt Seth Goldstein van de Carnegie Mellon University. We kunnen de precisie niet betalen. Maar het blijkt dat herconfigureerbare chips dat soort precisie niet nodig hebben, en Goldstein en anderen geloven dat de technologie een haalbare strategie kan bieden voor het bouwen van computers die functioneren op nanoschaalniveau.

We hebben nu moleculen ontdekt die net als herconfigureerbare logische bits werken, zegt Kuekes van Hewlett-Packard. We stellen vrij eenvoudige apparaten voor die letterlijk met chemie kunnen worden gekweekt. Vervolgens wordt alle complexiteit in configuratiebits gedownload zodra de structuur is gemaakt. Kuekes verwacht dat deze technologie over ongeveer tien jaar tot wasdom zal komen, ongeveer de tijd dat silicium op is. Herconfigureerbare logica is niet alleen een goed idee, zegt Kuekes. Het zal de enige manier zijn om in de toekomst te computeren.

Veelzijdigheid ontwerpen
Kansen in herconfigureerbare hardware nemen toe

Bedrijf	Technologie
Wijzigen (San José, Californië)	Programmeerbare chips
Kameleon Systemen (San José, Californië)	Herconfigureerbare logische systemen voor telecommunicatie
Hewlett-Packard (Palo Alto, Californië)	Moleculaire elektronica op basis van herconfigureerbare architectuur
QuickSilver-technologie (San José, Californië)	Herconfigureerbare hardware voor telecommunicatie
Virtuele computer (Reseda, Californië)	Software en ontwerptools voor herconfigureerbare computers
Xilinx (San José, Californië)	Veldprogrammeerbare gate-arraylogica

zich verstoppen