211service.com
Mikrochip anpassar sig till allvarliga skador
Caltech-forskare har visat en komplex integrerad krets som överlever betydande skador genom att omkonfigurera hur den bearbetar information.
Spränga bort: En bild med ett svepelektronmikroskop visar skador som orsakats av en krets av en laser.
Chipet reparerar inte fysiskt brister; den använder en andra processor för att komma på nya sätt att utföra en uppgift trots skadan. Chipet kan också programmeras för att prioritera energibesparingar eller hastighet. Ali Hajimiri , Caltech-professorn i elektroteknik som ledde arbetet, säger att chips som justerar sin egen prestanda i farten också skulle kunna prestera bättre under vanliga omständigheter.
Självläkande kretsar kan vara motståndskraftiga mot tillverkningsbrister, och de kan motstå skador orsakade av höga temperaturer eller försämring som kommer med åldrande. Det kan innebära mer robust militär kommunikationsutrustning och bärbar hemelektronik som kan ta stryk.
Hajimiris grupp är den första som demonstrerar denna typ av förmåga i en komplex integrerad krets – i det här fallet en effektförstärkare, en typ av krets som bearbetar signalöverföring i mobiltelefoner och andra telekommunikationsenheter. Det självläkande chippet består av 100 000 transistorer, flera typer av sensorer och en extra inbyggd processor som övervakar kretsens prestanda och kör algoritmer för att bedöma hur den kan förbättras.
I arbete publicerat denna månad i tidskriften IEEE-transaktioner om mikrovågsteori och -tekniker , visade Caltech-gruppen att kretsar utrustade med det självläkande systemet fortsätter att fungera även efter att kretsen upprepade gånger har sprängts med en laser för att slå ut ungefär hälften av transistorerna. Det tar bara tiotals millisekunder att anpassa sig till skadan. En krets som inte utsattes för denna attack kunde förbruka 50 procent mindre ström än en vanlig krets genom att konfigurera om sig själv för maximal effektivitet.
Den sekundära processorn som gör dessa resultat möjliga övervakar kretsen genom att köra ett program som analyserar sensordata om temperatur, spänning, ström, effekt och mer. Den kan programmeras för att optimera dessa parametrar för ett visst resultat - till exempel för att maximera renheten eller effekten av signalen som produceras av förstärkaren. Programmet tar sedan reda på hur man ändrar kretsen för att bäst uppnå det målet. Det är möjligt att ändra spänningen som appliceras på särskilda transistorer i kretsen, eller att ändra hur signaler dirigeras genom den för att undvika ett skadat område. Hajimiri säger att kretsen har cirka 250 000 möjliga tillstånd.
Hajimiri säger att det borde vara möjligt att tillämpa detta koncept på vilken typ av krets som helst, oavsett funktion. I effektförstärkardemonstrationen tar det självläkande systemet inte upp någon extra yta eftersom den sekundära processorn är placerad under.
Konceptet kan befria chipdesigners från att behöva se till att kretsar tål sällsynta händelser som extrema temperaturer, spänningsfluktuationer eller störningar. Möjligheten att göra det kostar vanligtvis prestanda.
Du kan designa ett chip som kommer att köras i dessa värsta fall, men för det mesta är det inte det värsta fallet, och du kan springa snabbare eller med mindre kraft för det mesta, säger Subhasish Mitra , professor i datavetenskap vid Stanford University, som inte var involverad i arbetet. Eftersom kiseltransistorer miniatyriseras allt mer aggressivt, säger Mitra, kommer tillverkare att behöva kretsdesigners för att ge mer tillförlitlighet.
Tills nyligen avrådde ekonomin denna typ av design, säger Thomas H. Lee , som leder Stanford Microwave Integrated Circuits Laboratory. Men det blir mycket svårare att göra ett bra jobb med att tillverka chips, och jag tror att inbyggda reparationssystem kommer att bli vanliga.