Programmerbara chips

För sent till ett möte tar du din personliga informationsapparat. Tillskyndad av att du uttalar orden mobiltelefon vaknar den lilla prylen och programmerar sig omedelbart för ett mobiltelefonsamtal. Klar med samtalet, säger du översättare, och enheten kopplar om sig själv för att översätta de senaste affärsnyheterna från Tokyo. Utfärda kommandokartan och den konfigurerar om sig själv igen för att ta en GPS-avläsning och visa din position i realtid.

En anledning till att denna typ av mångsidighet inte är möjlig idag är att handhållna prylar vanligtvis är uppbyggda kring högt optimerade specialchips som gör en sak riktigt bra. Dessa chips är snabba och relativt billiga, men deras kretsar är bokstavligen skrivna i sten - eller åtminstone i kisel. En multipurpose gadget skulle behöva ha många specialiserade chips - en kostsam och klumpig lösning. Alternativt kan du använda en mikroprocessor för allmänt bruk, som den i din PC, men det skulle vara både långsamt och dyrt. Av dessa skäl vänder sig chipdesigners alltmer till omkonfigurerbara hårdvaruintegrerade kretsar där arkitekturen för de interna logikelementen kan ordnas och omarrangeras i farten för att passa särskilda applikationer.

Den här historien var en del av vårt majnummer 2002

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Dussintals akademiska forskargrupper och nystartade företag eftersträvar idealet med den omkonfigurerbara datorn ( se bordet ) . Ett av de mest lovande tillvägagångssätten är en teknik som kallas fältprogrammerbara grindmatriser. Strategin är att bygga enhetliga arrayer av tusentals logiska element, som var och en kan ta på sig personligheten hos olika grundläggande komponenter i digitala kretsar; switcharna och ledningarna kan programmeras om för att fungera i vilket mönster som helst, vilket effektivt kopplar om ett chips kretsar vid behov. En designer kan ladda ner ett nytt ledningsmönster och lagra det i chipets minne, där det lätt kan nås när det behövs. Den här typen av omkonfigurerbar logik tar en större och större andel av konstruktioner, säger fysikern Philip Kuekes från Hewlett-Packard Laboratories. Och det kommer att bli ännu större.

Grundläggande omkonfigurerbara kretsar spelar redan en stor roll inom telekommunikation. Till exempel används relativt enkla versioner gjorda av företag som Xilinx och Altera i stor utsträckning för nätverksroutrar och switchar, vilket gör att kretsdesigner enkelt kan uppdateras elektroniskt utan att byta ut chips. I dessa tidiga tillämpningar är dock hastigheten med vilken chipsen omkonfigurerar sig själva inte kritisk.

För att vara tillräckligt snabba för personlig informationsenheter måste chipsen konfigureras om helt på en millisekund eller mindre. Den typen av kameleontenhet skulle vara den mördande appen för omkonfigurerbar datoranvändning, säger University of California, Berkeley, datavetare John Wawrzynek. Och Wawrzynek och andra datavetare tror att det snart kan vara inom räckhåll, eftersom de fortsätter att förbättra hastigheten och tätheten hos omkonfigurerbara logiska kretsar. Dessa experter förutspår att omkonfigurerbara system under de närmaste åren kommer att användas i mobiltelefoner för att hantera saker som förändringar i telekommunikationssystem eller standarder när användare reser mellan ringande regioner - eller mellan länder. Wawrzynek säger att teknikens största inverkan kan vara att den tillåter enheter att bättre hantera strömmande media.

Vissa dataforskare tror att tekniken är redo för ännu större saker, som allmän datoranvändning. Det blir dyrare och svårare att mönstra, eller etsa, de utarbetade kretsarna som används i mikroprocessorer; många experter har förutspått att bibehållande av den nuvarande takten för att placera fler kretsar i allt mindre utrymmen någon gång under de kommande 10 till 15 åren kommer att resultera i funktioner på mikrochips som inte är större än ett fåtal atomer, vilket skulle kräva en nästan omöjlig precisionsnivå i tillverkning av kretsar. Vi kommer inte att ha råd att bygga Pentium 27, säger Seth Goldstein från Carnegie Mellon University. Vi har inte råd med precisionen. Men som det visar sig behöver omkonfigurerbara chips inte den typen av precision, och Goldstein och andra tror att tekniken kan erbjuda en hållbar strategi för att bygga datorer som fungerar på nanoskalanivå.

Vi har nu upptäckt molekyler som fungerar precis som omkonfigurerbara logikbitar, säger Hewlett-Packards Kuekes. Vi föreslår ganska enkla enheter som bokstavligen kan odlas med kemi. Sedan kommer all komplexitet att laddas ner till konfigurationsbitar när strukturen är gjord. Kuekes förväntar sig att denna teknik kommer att förverkligas om cirka tio år, ungefär när kisel kommer att försvinna. Omkonfigurerbar logik kommer inte bara att vara en bra idé, säger Kuekes. Det kommer att vara det enda sättet att göra datoranvändning i framtiden.

Designa Mångsidighet
Möjligheterna inom omkonfigurerbar hårdvara ökar

Företag	Teknologi
Ändra (San Jose, CA)	Programmerbara marker
Chameleon Systems (San Jose, CA)	Omkonfigurerbara logiksystem för telekommunikation
Hewlett-Packard (Palo Alto, CA)	Molekylär elektronik baserad på omkonfigurerbar arkitektur
QuickSilver-teknik (San Jose, CA)	Omkonfigurerbar hårdvara för telekommunikation
Virtuell dator (Reseda, CA)	Programvara och designverktyg för omkonfigurerbara datorer
Xilinx (San Jose, CA)	Fältprogrammerbar gate array logik

Dölj