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Microchip se adapta a daños severos
Los investigadores de Caltech han demostrado un circuito integrado complejo que sobrevive a daños sustanciales al reconfigurar la forma en que procesa la información.
Despegar: Una imagen de microscopio electrónico de barrido muestra el daño causado a un circuito por un láser.
El chip no repara físicamente los defectos; utiliza un segundo procesador para idear nuevas formas de realizar una tarea a pesar del daño. El chip también se puede programar para priorizar el ahorro de energía o la velocidad. Ali Hajimiri , el profesor de ingeniería eléctrica de Caltech que dirigió el trabajo, dice que los chips que ajustan su propio rendimiento sobre la marcha también podrían funcionar mejor en circunstancias normales.
Los circuitos de autorreparación podrían ser resistentes a los defectos de fabricación y podrían resistir los daños causados por las altas temperaturas o el deterioro que viene con el envejecimiento. Eso podría significar equipos de comunicaciones militares más robustos y dispositivos electrónicos portátiles de consumo que pueden recibir una paliza.
El grupo de Hajimiri es el primero en demostrar este tipo de capacidad en un circuito integrado complejo, en este caso un amplificador de potencia, un tipo de circuito que procesa la transmisión de señales en teléfonos móviles y otros dispositivos de telecomunicaciones. El chip de autorreparación consta de 100.000 transistores, varios tipos de sensores y un procesador integrado adicional que supervisa el rendimiento del circuito y ejecuta algoritmos para evaluar cómo se puede mejorar.
En trabajo publicado este mes en la revista Transacciones IEEE sobre teoría y técnicas de microondas , el grupo Caltech demostró que los circuitos equipados con el sistema de autorreparación continúan funcionando incluso después de que el circuito haya sido disparado repetidamente con un láser para eliminar aproximadamente la mitad de los transistores. Solo se necesitan decenas de milisegundos para adaptarse al daño. Un circuito que no fue sometido a este ataque pudo consumir un 50 por ciento menos de energía que un circuito ordinario al reconfigurarse para obtener la máxima eficiencia.
El procesador secundario que hace posibles estos resultados monitorea el circuito ejecutando un programa que analiza los datos del sensor sobre temperatura, voltaje, corriente, potencia y más. Se puede programar para optimizar estos parámetros para un resultado particular, por ejemplo, para maximizar la pureza o la potencia de la señal producida por el amplificador. Luego, el programa descubre cómo cambiar el circuito para lograr ese objetivo de la mejor manera. Es posible cambiar el voltaje aplicado a transistores particulares en el circuito, o cambiar la forma en que las señales se enrutan a través de él para evitar un área dañada. Hajimiri dice que el circuito tiene alrededor de 250.000 estados posibles.
Hajimiri dice que debería ser posible aplicar este concepto a cualquier tipo de circuito, sin importar la función. En la demostración del amplificador de potencia, el sistema de autorreparación no ocupa ningún área adicional porque el procesador secundario está ubicado debajo.
El concepto podría liberar a los diseñadores de chips de tener que asegurarse de que los circuitos puedan soportar eventos raros como temperaturas extremas, fluctuaciones de voltaje o interferencias. La capacidad de hacerlo generalmente tiene un costo de rendimiento.
Puede diseñar un chip que funcione en el peor de los casos, pero la mayoría de las veces no es el peor de los casos, y podría estar funcionando más rápido o con menos energía la mayor parte del tiempo, dice Subhasish Mitra , profesor de informática en la Universidad de Stanford, que no participó en el trabajo. A medida que los transistores de silicio se miniaturizan cada vez más agresivamente, dice Mitra, los fabricantes necesitarán diseñadores de circuitos para proporcionar más confiabilidad.
Hasta hace poco, la economía desaconsejaba este tipo de diseño, dice Thomas H. Lee , quien dirige el Laboratorio de Circuitos Integrados de Microondas de Stanford. Pero cada vez es más difícil hacer un buen trabajo en la fabricación de chips, y creo que los sistemas de reparación integrados se volverán comunes.