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Logique du chaos
Une puce reconfigurable développée par ChaoLogix à Gainesville, FL, permet de transformer un circuit d'un type en un autre en un instant. Avoir la capacité de reconcevoir efficacement les puces un nombre illimité de fois après leur fabrication pourrait rendre les puces plus rapides et plus robustes. Et, à terme, cela pourrait réduire le coût de production des circuits intégrés, en réduisant le besoin de fabriquer des puces coûteuses et personnalisées.
Les nouvelles puces fonctionnent en exploitant le comportement chaotique inhérent au sein des circuits intégrés, permettant à un seul circuit simple de se comporter comme n'importe quel type de porte logique. Une telle puce pourrait être transformée, par exemple, d'une carte graphique en une puce mémoire et vice-versa - en seulement deux cycles d'horloge informatique. Nous avons brouillé la frontière entre le logiciel et le matériel, dit Guillaume Idem , directeur de la technologie de ChaoLogix, qui est issu de la recherche à l'Université de Floride.
À bien des égards, le concept est similaire au développement de radios définies par logiciel [SDR], dit Idem. Ce sont des appareils qui utilisent une combinaison de circuits intégrés personnalisés et de puces reconfigurables existantes pour fournir un mélange flexible de matériel et de logiciels, afin de créer des appareils sans fil capables de s'adapter pour fonctionner à différentes fréquences radio et normes. Mais alors que les SDR ne peuvent fabriquer que des appareils radio et se composent de plusieurs puces conçues pour exécuter des fonctions sans fil, les puces de ChaoLogix pourraient, en théorie, remplacer toutes ces puces dans un seul appareil.
Les puces reconfigurables existantes, appelées réseaux de portes programmables sur le terrain (FPGA), contiennent des interconnexions programmables qui peuvent être recâblées pour exécuter différentes fonctions. Mais les FPGA sont relativement lents à reconfigurer, prenant généralement des millisecondes pour chaque recâblage, soit environ un million de fois plus lent que les puces de ChaoLogix.
En raison de cette limitation, les FPGA ont tendance à être reconfigurés une seule fois pour former un seul circuit permanent, généralement en tant qu'alternative relativement bon marché à la construction de puces dédiées. Fabriquer une puce dédiée coûte très cher, déclare Allan Cantle, PDG de Nallatech , à Glasgow, en Écosse, qui développe des logiciels pour les FPGA. Vous pouvez facilement dépenser des dizaines de millions de dollars rien que pour fabriquer votre première puce fonctionnelle.
Plutôt que d'utiliser des interconnexions programmables, l'approche de ChaoLogix consiste à utiliser des circuits fixes et à exploiter à la place leur bruit ou leur chaos inhérent pour leur faire produire différentes sorties sans les modifier. Normalement, les circuits sur une puce sont constitués d'arrangements de transistors conçus pour se comporter comme un type spécifique de porte logique numérique, telle qu'une porte NAND et NOR. Mais si les tensions d'entrée de ces circuits tombent en dessous de certains seuils, leurs comportements deviennent chaotiques, produisant des sorties indésirables.
L'astuce de ChaoLogix consiste à utiliser ces états chaotiques. Ils ont conçu un circuit de porte logique capable de se comporter comme n'importe quel type de porte logique - si les tensions d'entrée sont correctes.
La notion courante selon laquelle les systèmes chaotiques sont instables et imprévisibles n'est pas exacte, dit Idem. De tels systèmes peuvent être extrêmement sensibles aux changements, et il est possible de produire les états souhaités de manière fiable et reproductible à condition de s'assurer que seules des modifications mineures sont apportées aux entrées.
Juste en apportant de petits changements à l'entrée, vous pouvez adapter [un circuit] pour faire des choses totalement différentes, dit Celso grebogi , professeur de systèmes non linéaires et chaotiques à l'Université d'Aberdeen en Écosse. Cela crée un plus grand degré de flexibilité, car cela rend plus d'états disponibles dans un système donné, dit-il. Pour cette raison, Grebogi voit les ingénieurs se tourner de plus en plus vers le chaos pour tirer le meilleur parti de leur matériel.
Cela serait très utile pour les applications informatiques grand public, dit Julien Miller , maître de conférences en électronique à l'Université de York en Angleterre, qui a utilisé les FPGA pour des applications informatiques évolutives. Actuellement, pour ses besoins, les FPGA sont tout simplement trop lents. C'est un gros problème, dit-il. Être capable de reconfigurer une puce en un seul cycle d'horloge serait un grand avantage, dit-il.
ChaoLogix est arrivé au stade où il peut créer n'importe quel type de porte à partir d'un petit circuit d'environ 30 transistors. Ce circuit est ensuite répété à travers la puce, qui peut être transformé en différents arrangements de portes logiques en un seul cycle d'horloge, dit Idem.
Bien qu'elle ait attiré l'attention d'Intel et d'AMD, la technologie n'en est qu'à ses débuts, dit Idem. ChaoLogix lève 2 millions de dollars pour produire une gamme de prototypes. Mais même si l'entreprise ne peut gagner qu'une infime partie des marchés des puces, ce sera énorme, dit Idem.
En plus d'être extrêmement rapide, l'utilisation d'un seul circuit présente d'énormes avantages par rapport aux FPGA. La façon dont les FPGA sont conçus prend beaucoup de place en silicium et consomme beaucoup de ressources. Avec les puces de ChaoLogix, vous avez une voiture dans un garage plus petit, et elle peut changer entre cent types de voitures différents, dit Idem.
Ce n'est pas la première fois que quelqu'un essaie de développer des puces reconfigurables à cycle d'horloge unique. C'est un terrain très fréquenté, dit Cantle. La plupart des entreprises qui ont essayé sont venues et sont parties. L'un des défis réside dans le logiciel requis pour reconfigurer la puce, explique Marc Parsons , directeur commercial du Edinburgh Parallel Computing Centre en Écosse, qui utilise des FPGA pour fabriquer un supercalculateur dans le cadre d'un projet conjoint entre l'industrie et l'université. Ils sont encore très difficiles à programmer, explique-t-il. Non seulement il est complexe de concevoir chaque configuration, mais chaque modèle logiciel décrivant la configuration utilise des ressources de calcul.
D'autres sont d'accord. Le succès d'une puce reconfigurable ne dépend pas seulement de ce qu'elle peut faire, dit André DeHon , professeur adjoint d'informatique au California Institute of Technology de Pasadena. S'il s'avère trop complexe pour la plupart des programmeurs, il se peut qu'il ne démarre jamais.