La puce électronique s'adapte aux dommages graves

Les chercheurs de Caltech ont démontré un circuit intégré complexe qui survit à des dommages substantiels en reconfigurant la façon dont il traite les informations.

Être mis à feu: Une image au microscope électronique à balayage montre les dommages causés à un circuit par un laser.

La puce ne répare pas physiquement les défauts ; il utilise un deuxième processeur pour trouver de nouvelles façons d'effectuer une tâche malgré les dommages. La puce peut également être programmée pour prioriser les économies d'énergie ou la vitesse. Ali Hajimiri , le professeur de génie électrique de Caltech qui a dirigé les travaux, affirme que les puces qui ajustent leurs propres performances à la volée pourraient également mieux fonctionner dans des circonstances ordinaires.

Les circuits d'auto-guérison pourraient être résistants aux défauts de fabrication, et ils pourraient résister aux dommages causés par les températures élevées ou la détérioration qui accompagne le vieillissement. Cela pourrait signifier des équipements de communication militaires plus robustes et des appareils électroniques grand public portables qui peuvent prendre un coup.

Le groupe de Hajimiri est le premier à démontrer ce type de capacité dans un circuit intégré complexe, dans ce cas un amplificateur de puissance, un type de circuit qui traite la transmission du signal dans les téléphones portables et autres appareils de télécommunication. La puce d'auto-guérison se compose de 100 000 transistors, de plusieurs types de capteurs et d'un processeur intégré supplémentaire qui surveille les performances du circuit et exécute des algorithmes pour évaluer comment il peut être amélioré.

Dans un travail publié ce mois-ci dans la revue Transactions IEEE sur la théorie et les techniques des micro-ondes , le groupe Caltech a montré que les circuits équipés du système d'auto-guérison continuent de fonctionner même après que le circuit a été dynamité à plusieurs reprises avec un laser pour assommer environ la moitié des transistors. Il ne faut que quelques dizaines de millisecondes pour s'adapter aux dégâts. Un circuit qui n'a pas été soumis à cette attaque a pu consommer 50 % moins d'énergie qu'un circuit ordinaire en se reconfigurant pour une efficacité maximale.

Le processeur secondaire qui rend ces résultats possibles surveille le circuit en exécutant un programme qui analyse les données des capteurs sur la température, la tension, le courant, la puissance, etc. Il peut être programmé pour optimiser ces paramètres pour un résultat particulier, par exemple pour maximiser la pureté ou la puissance du signal produit par l'amplificateur. Le programme détermine ensuite comment modifier le circuit pour atteindre au mieux cet objectif. Il est possible de changer la tension appliquée à des transistors particuliers dans le circuit, ou de changer la façon dont les signaux sont acheminés à travers celui-ci afin d'éviter une zone endommagée. Hajimiri dit que le circuit a environ 250 000 états possibles.

Hajimiri dit qu'il devrait être possible d'appliquer ce concept à tout type de circuit, quelle que soit la fonction. Dans la démonstration de l'amplificateur de puissance, le système d'auto-guérison ne prend pas de surface supplémentaire car le processeur secondaire est placé en dessous.

Le concept pourrait éviter aux concepteurs de puces de s'assurer que les circuits peuvent résister à des événements rares tels que des températures extrêmes, des fluctuations de tension ou des interférences. La capacité de le faire a généralement un coût en termes de performances.

Vous pouvez concevoir une puce qui fonctionnera dans ces pires scénarios, mais la plupart du temps, ce n'est pas le pire des cas, et vous pourriez fonctionner plus rapidement ou avec moins d'énergie la plupart du temps, dit Subhasish Mitra , professeur d'informatique à l'Université de Stanford, qui n'a pas participé aux travaux. Comme les transistors au silicium sont de plus en plus miniaturisés, dit Mitra, les fabricants auront besoin de concepteurs de circuits pour offrir plus de fiabilité.

Jusqu'à récemment, l'économie décourageait ce type de conception, dit Thomas H. Lee , qui dirige le Stanford Microwave Integrated Circuits Laboratory. Mais il devient beaucoup plus difficile de faire un bon travail de fabrication de puces, et je pense que les systèmes de réparation embarqués deviendront courants.

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