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Lógica del caos
Un chip reconfigurable desarrollado por ChaoLogix en Gainesville, FL, hace posible transformar un circuito de un tipo a otro en un instante. Tener la capacidad de rediseñar chips de manera efectiva un número ilimitado de veces después de su fabricación podría hacer que los chips sean más rápidos y más robustos. Y, en última instancia, podría reducir el costo de producción de circuitos integrados, al reducir la necesidad de fabricar chips costosos y personalizados.
Los nuevos chips funcionan explotando el comportamiento caótico inherente dentro de los circuitos integrados, lo que permite que un solo circuito simple se comporte como cualquier tipo de puerta lógica. Un chip de este tipo podría transformarse, por ejemplo, de una tarjeta gráfica a un chip de memoria y viceversa, en solo dos ciclos de reloj de computadora. Hemos difuminado la línea entre software y hardware, dice William Ditto , director de tecnología de ChaoLogix, que surgió de una investigación en la Universidad de Florida.
En muchos aspectos, el concepto es similar al desarrollo de radios definidas por software [SDR], dice Ditto. Estos son dispositivos que utilizan una combinación de circuitos integrados hechos a la medida y chips reconfigurables existentes para proporcionar una combinación flexible de hardware y software, para hacer dispositivos inalámbricos que pueden adaptarse para operar en diferentes frecuencias y estándares de radio. Pero mientras que los SDR solo pueden fabricar dispositivos de radio y constan de varios chips diseñados para realizar funciones inalámbricas, los chips de ChaoLogix podrían, en teoría, reemplazar todos estos chips en un solo dispositivo.
Los chips reconfigurables existentes, denominados arreglos de puertas programables de campo (FPGA), contienen interconexiones programables que se pueden volver a cablear para realizar diferentes funciones. Pero los FPGA son relativamente lentos de reconfigurar, por lo general tardan milisegundos en cada recableado, o aproximadamente un millón de veces más lento que los chips de ChaoLogix.
Debido a esta limitación, los FPGA tienden a reconfigurarse solo una vez para formar un solo circuito permanente, generalmente como alternativas relativamente económicas a la construcción de chips dedicados. Hacer un chip dedicado es muy caro, dice Allan Cantle, director ejecutivo de Nallatech , en Glasgow, Escocia, que desarrolla software para FPGA. Puede gastar fácilmente decenas de millones de dólares simplemente haciendo su primer chip funcional.
En lugar de usar interconexiones programables, el enfoque de ChaoLogix es usar circuitos fijos y en su lugar explotar su ruido o caos inherente para hacer que produzcan diferentes salidas sin cambiarlas. Normalmente, los circuitos en un chip consisten en arreglos de transistores diseñados para comportarse como un tipo específico de puerta lógica digital, como una puerta NAND y NOR. Pero si los voltajes de entrada a estos circuitos caen por debajo de ciertos umbrales, sus comportamientos se vuelven caóticos y producen salidas indeseables.
El truco de ChaoLogix es utilizar estos estados caóticos. Han diseñado un circuito de puerta lógica que es capaz de comportarse como cualquier tipo de puerta lógica, si los voltajes de entrada son los correctos.
La noción común de que los sistemas caóticos son inestables e impredecibles no es precisa, dice Ditto. Dichos sistemas pueden ser extremadamente sensibles a los cambios, y es posible producir los estados deseados de manera confiable y reproducible siempre que se asegure de que solo se realicen cambios menores en las entradas.
Simplemente haciendo pequeños cambios en la entrada, puede adaptar [un circuito] para hacer cosas totalmente diferentes, dice Celso Grebogi , profesor de sistemas caóticos y no lineales en la Universidad de Aberdeen en Escocia. Esto crea un mayor grado de flexibilidad, porque hace que haya más estados disponibles en un sistema dado, dice. Debido a esto, Grebogi ve a los ingenieros volviéndose cada vez más hacia el caos para sacar más provecho de su hardware.
Esto sería muy útil para las aplicaciones informáticas convencionales, dice Julian Miller , profesor de electrónica en la Universidad de York en Inglaterra, que ha utilizado FPGA para aplicaciones informáticas evolutivas. Actualmente, para sus propósitos, los FPGA son simplemente demasiado lentos. Es un gran problema, dice. Ser capaz de reconfigurar un chip dentro de un solo ciclo de reloj sería un gran beneficio, dice.
ChaoLogix ha llegado al escenario en el que puede crear cualquier tipo de puerta a partir de un pequeño circuito de unos 30 transistores. Este circuito luego se repite a través del chip, que se puede transformar en diferentes arreglos de puertas lógicas en un solo ciclo de reloj, dice Ditto.
A pesar de haber atraído la atención de Intel y AMD, la tecnología aún se encuentra en sus inicios, dice Ditto. ChaoLogix está recaudando $ 2 millones para producir una variedad de prototipos. Pero incluso si la empresa puede ganar solo una pequeña porción de los mercados de chips, será enorme, dice Ditto.
Además de ser extremadamente rápido, el uso de un solo circuito tiene enormes ventajas sobre los FPGA. La forma en que se diseñan los FPGA ocupa mucho espacio de silicio y consume muchos recursos. Con los chips de ChaoLogix, tiene un automóvil en un garaje más pequeño y puede cambiar entre cien tipos diferentes de automóviles, dice Ditto.
No es la primera vez que alguien ha intentado desarrollar chips reconfigurables de ciclo de reloj único. Es un terreno muy trillado, dice Cantle. La mayoría de las empresas que lo han intentado han ido y venido. Uno de los desafíos radica en el software necesario para reconfigurar el chip, dice Mark Parsons , director comercial del Centro de Computación Paralela de Edimburgo en Escocia, que utiliza FPGA para fabricar una supercomputadora como parte de un proyecto académico e industrial conjunto. Todavía son muy difíciles de programar, explica. No solo es complejo diseñar cada configuración, sino que cada plantilla de software que describe la configuración consume recursos computacionales.
Otros están de acuerdo. El éxito de un chip reconfigurable no depende solo de lo que pueda hacer, dice André DeHon , profesor asistente de ciencias de la computación en el Instituto de Tecnología de California en Pasadena. Si resulta ser demasiado complejo para la mayoría de los programadores, es posible que nunca despegue.