Um circuito integrado que ajusta a danos mostra uma maneira de fazer chips comuns mais eficiente e confiável.
Microchip Adapta-se a danos graves
Pesquisadores de Caltech demonstraram um complexo circuito integrado que sobrevive danos substanciais reconfigurando a forma como processa as informações.
O chip não repara falhas fisicamente; ele usa um segundo processador para chegar a novas maneiras de executar uma tarefa, apesar dos danos. O chip também pode ser programado para priorizar a economia de energia ou de velocidade. Ali Hajimiri , o professor de engenharia elétrica da Caltech que conduziu o trabalho, diz que chips podem sintonizar o seu próprio desempenho no alvo também podem ter um melhor desempenho em circunstâncias normais.
Uma espécie de ‘auto-cura’/’auto-reparo’ em circuitos poderiam ser resistentes a falhas de fabricação por exemplo, e eles podiam suportar os danos causados por altas temperaturas ou a deterioração que vem com o envelhecimento. Isso poderia significar num mais robusto equipamento de comunicações militares e eletrônicos de consumo portáteis.
Blast off: A scanning electron microscope image shows damage caused to a circuit by a laser.
Grupo Hajimiri é o primeiro a demonstrar este tipo de capacidade de um complexo circuito integrado neste caso, um amplificador de potência, um tipo de circuito que processa a transmissão do sinal de telefones celulares e outros dispositivos de telecomunicações. O chip de ‘auto-cura’/’auto-reparo’ consiste em 100.000 transistores, diversos tipos de sensores, e um processador adicional embutido que monitora o desempenho do circuito e executa algoritmos para avaliar a forma como ela pode ser melhorado.
No trabalho publicado este mês na revista IEEE Transactions on Teoria e Técnicas de Micro-ondas , o grupo que Caltech mostrou com circuitos equipados com o sistema de auto-reaparo continuam trabalhando e funcionando mesmo depois do circuito tem sido repetidamente explodido com um laser para derrubar cerca de metade dos transistores . Leva apenas algumas dezenas de milissegundos para ajustar-se do referido dano. Um circuito, que não foi sujeito a este ataque foi capaz de consumir energia de 50 por cento menos do que num circuito vulgar de reconfigurar-se com a máxima eficiência.
O processador secundário que faz com que esses resultados possíveis monitora o circuito executando um programa que analisa dados de sensores sobre temperatura, tensão, corrente, potência, e muito mais. Pode ser programado para otimizar estes parâmetros para um resultado particular, por exemplo, para maximizar a pureza ou a potência do sinal produzido pelo amplificador. O programa então descobre como mudar o circuito para melhor alcançar esse objetivo. É possível alterar a tensão aplicada ao transistor particulares do circuito, ou para alterar a forma como os sinais são encaminhadas através dele, de modo a evitar a área danificada. Hajimiri diz que o circuito tem cerca de 250.000 estados possíveis.
Hajimiri diz que deve ser possível a aplicação deste conceito para qualquer tipo de circuito, seja qual for a função. Na manifestação de amplificador de potência, o sistema de auto-cura não ocupa qualquer área extra porque o processador secundário está posicionado logo embaixo.
O conceito poderia libertar os projetistas de chips de ter de se certificar de que os circuitos podem suportar eventos raros, como temperaturas extremas, das flutuações de tensão, ou de interferência. A capacidade de fazê-lo normalmente vem com um custo de desempenho.
“Você pode criar um chip que será executado nestes cenários de pior caso, mas na maioria das vezes não é o pior caso, e você pode estar correndo mais rápido ou com menos poder a maior parte do tempo”, diz Subhasish Mitra , professor de ciência da computação na Universidade de Stanford, que não estava envolvido com o trabalho. Como os transistores de silício são cada vez mais agressiva em miniatura, diz Mitra, os fabricantes terão projetistas de circuitos para proporcionar mais confiabilidade.
“Até recentemente, a economia desanimado este tipo de projeto”, diz Thomas H. Lee , que dirige o Laboratório Integrado de Stanford Microwave Circuits. “Mas está ficando mais difícil muito para fazer um bom trabalho de fabricação de chips, e eu acho que sistemas de reparo embutidos tornou comum.”