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Mejores chips de computadora, antes
Investigadores de la Universidad de Michigan han desarrollado un software que busca fallas en los chips y propone la mejor manera de solucionarlos. Su enfoque aborda un problema creciente para los fabricantes de chips como AMD e Intel. A medida que los transistores se encogen y los chips adquieren diseños más complejos, los errores de hardware son cada vez más frecuentes. Actualmente, puede llevar hasta un año depurar chips prototipo y prepararlos para la producción en masa. El nuevo software podría acortar el tiempo que lleva llevar un chip al mercado, reducir los costos al reducir la cantidad de prototipos y ciclos de prueba y, en última instancia, producir chips con menos fallas.
Exterminador digital: El nuevo software puede encontrar errores en los chips de computadora y proponer formas de solucionarlos, mucho más rápido que los ingenieros que utilizan el enfoque manual tradicional. El software podría ahorrar millones de dólares en costos de creación de prototipos y hacer que los chips sean más seguros.
Este es todavía un problema sin resolver, dice Rob Rutenbar , profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad Carnegie Mellon, quien agrega que hay muy poca literatura científica sobre la depuración del silicio. Intel puede tener alguna tecnología sofisticada, pero no están hablando de eso. Por lo que sabemos, la gente lo hace a mano, dice Rutenbar. La sensación que tengo es que no está muy bien automatizada.
La depuración manual deja más margen de error. Casi todos los chips, incluidos los microprocesadores, tienen errores, dice Igor Markov , profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Michigan. El sitio web de Intel, por ejemplo, enumera alrededor de 130 errores de hardware conocidos en computadoras portátiles comerciales. La mayoría se puede arreglar con descargas de software, pero alrededor de 20 de ellos no pueden serlo, dice Markov, y dejan las máquinas vulnerables a los virus.
Markov y su colega Valeria Bertacco , profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en Michigan, desarrolló un software que aborda el problema de la corrección de errores después de que la primera ronda de prototipos regresó al fabricante de chips. Cuando tiene una primera versión de un chip, no está listo para dárselo al consumidor, dice Bertacco. Los ingenieros deben intentar ejecutar sistemas operativos y software para ver si funciona, y este proceso puede llevar desde un par de horas hasta una semana, dependiendo de la cantidad de fallas en los chips.
Es muy difícil averiguar qué está mal, dice Bertacco. Y una vez que un ingeniero ha identificado un error, que puede ser cualquier cosa, desde cables demasiado juntos hasta transistores mal colocados, no siempre está claro cuál será la mejor solución. A menudo, los ingenieros reparan un problema solo para descubrir en la siguiente ronda de prototipos que sus soluciones han agregado inadvertidamente otras fallas. Los prototipos pueden tardar meses en construirse y son costosos: cambiar los diseños de las máscaras que se utilizan para modelar las capas de transistores y cables en los chips cuesta millones de dólares.
Actualmente, cuando un prototipo regresa a un fabricante de chips, los ingenieros lo conectan a sondas eléctricas que envían señales eléctricas a través de él y registran la salida, explica Bertacco. Diferentes señales van a diferentes partes del chip y, al probar miles de señales, los ingenieros generalmente pueden localizar un problema. Luego proponen una serie de posibles soluciones. A veces, simplemente necesitan eliminar una conexión entre dos cables en una de las capas superiores del chip. Esto se puede hacer utilizando equipo disponible en el laboratorio, y el chip se puede volver a probar rápidamente. Otras veces, se necesitan arreglos en las capas inferiores dentro del chip, donde los transistores forman puertas lógicas. Estos transistores no se pueden ajustar y volver a probar tan fácilmente.
Los investigadores de Michigan escribieron un software que especifica automáticamente la entrada eléctrica a los chips que se están probando y analiza su salida para encontrar áreas problemáticas. Idealmente, los ingenieros querrían saber la salida de cada transistor en un chip. Pero los chips de consumo pronto tendrán más de mil millones de transistores, lo que hará que las pruebas tan precisas consuman demasiado tiempo, explica Bertacco. Entonces, el algoritmo de Michigan prueba una serie de entradas en una gran parte del chip. Según los errores de salida, sabe en qué parte del chip concentrarse, reduciendo la búsqueda a algunos posibles errores prometedores, dice Bertacco. De manera similar, el software identifica formas de corregir los errores, ejecutando una serie de simulaciones para encontrar una variación de diseño que ofrezca la solución más rápida y rentable.
Una de las grandes ventajas del enfoque de los investigadores de Michigan, dice Rutenbar, es que su software a veces puede ofrecer soluciones contradictorias. Un ingeniero, dice, podría ver que la forma lógica de arreglar un error es recablear varios circuitos. Pero el software puede saber cuándo al voltear algunos cables se obtendrá el mismo resultado. Cuando los humanos lo miran, no es nada obvio, dice Rutenbar.
En estudios de casos, los investigadores demostraron que su software puede reparar automáticamente alrededor del 70 por ciento de los principales errores de silicio, y afirman que podrían reducir la cantidad de tiempo necesario para encontrar un error en particular de semanas a días.
Intel está atento al trabajo, ya que siempre está buscando mejores formas de mejorar el proceso de fabricación de chips. La depuración de silicio es un problema grave, dice Shekhar Borkar , becario de investigación de Intel. Dice que Intel usa el mismo tipo de técnicas que los investigadores de Michigan, pero tal vez en una forma diferente. Borkar agrega que hay algunos avances en el documento [de Michigan]. Él dice que la investigación de Michigan es un buen comienzo para resolver el problema, pero aún debe probarse fuera del laboratorio.