Eletrônica

Chips que se autoconsertam são virtualmente indestrutíveis

Chips que se autoconsertam são virtualmente indestrutíveis
Os pesquisadores destruíram várias partes dos circuitos integrados acertando-os várias vezes com disparos de raios laser de alta potência - e eles voltaram a funcionar normalmente usando novas rotas disponíveis no próprio chip.[Imagem: Jeff Chang e Kaushik Dasgupta/Caltech]

Evolução dos chips

Imagine que o hardware do seu celular ou do seu computador possa reparar a si mesmo, sem que você precise levar o aparelho à assistência técnica.

Esta possibilidade acaba de ser demonstrada por engenheiros do Instituto de Tecnologia da Califórnia, nos Estados Unidos.

Nos testes, mesmo com erro dramáticos induzidos pelos pesquisadores, os chips conseguiram consertar a si mesmos em alguns microssegundos, recuperando-se de problemas que vão desde o descarregamento da bateria até uma falha total dos transistores.

Embora pareça coisa de ficção científica, o conceito de circuitos eletrônicos que se autoconsertam foi demonstrado em uma série de amplificadores de potência estado da arte, do tipo usado em radares e telecomunicações.

No teste mais dramático, os pesquisadores destruíram várias partes dos chips acertando-os várias vezes com disparos de raios laser de alta potência.

A seguir, foi só esperar um segundo para ver os chips desenvolvendo sozinhos rotas alternativas e voltando a funcionar normalmente.

"Foi incrível a primeira vez que o sistema foi danificado e se autoconsertou. Era como se estivéssemos assistindo o próximo passo na evolução dos circuitos integrados," disse o professor Ali Hajimiri, coordenador do estudo.

"Nós literalmente explodimos metade do amplificador e vaporizamos vários de seus componentes, incluindo transistores, e ele foi capaz de se recuperar e retornar quase ao seu desempenho ideal," acrescentou.

Chips com autoconserto

A chave para o poder de autoconserto dos circuitos integrados está em uma série de sensores incorporados, que medem temperatura, corrente, tensão e potência.

As informações desses sensores alimentam um circuito especial, integrado no mesmo chip que os amplificadores de potência.

Esse chip dedicado funciona como um cérebro do sistema, analisando o desempenho global do amplificador e determinando se algo saiu errado e se é necessário fazer algum ajuste.

Se for necessário consertar algo, entram em ação dois tipos diferentes de "atuadores" - as partes variáveis do circuito.

E, em vez de gastar mais energia, devido à necessidade de gerenciamento contínuo, o novo chip com autoconserto consumiu apenas metade da energia do chip tradicional, e seu funcionamento foi mais estável.

Chip-cérebro

Curiosamente, o chip-cérebro não opera com base em algoritmos que sabem como responder a todos os defeitos possíveis. Em vez disso, ele tira conclusões com base na resposta agregada dos sensores.

"Você diz ao chip os resultados que deseja e deixa ele descobrir como produzir esses resultados," disse Steven Bowers, principal responsável pela inovação.

"O desafio é que há mais de 100.000 transistores em cada chip. Não sabemos todas as diferentes coisas que podem dar errado, e não precisamos saber. Nós projetamos o sistema de um modo tão genérico que ele encontra o estado ideal para todos os atuadores em qualquer situação, sem intervenção externa," acrescenta Bowers.

O protótipo conseguiu safar-se de quatro classes de problemas de hardware: (1) variação estática, gerada pelas diferenças entre os componentes; (2) envelhecimento dos componentes, que causa perda de suas propriedades; (3) variações ambientais, como temperatura, tensão de alimentação e carga; e (4) destruição deliberada ou catastrófica de partes do circuito.

Os pesquisadores demonstraram sua técnica de autoconserto em amplificadores de potência para frequências milimétricas. Esses circuitos integrados de alta frequência estão na fronteira das pesquisas, sendo promissores para uso na próxima geração de aparelhos de comunicação, imageamento, sensoriamento e radar.

Demonstrando que os circuitos integrados com autoconserto funcionam bem em um sistema tão avançado, o grupo espera que a técnica possa ser estendida para virtualmente qualquer outro sistema eletrônico.

Bibliografia:

Integrated Self-Healing for mm-Wave Power Amplifiers
K. Foreman, K. Sengupta, K. Dasgupta, S. Bamberg, A. Hajimiri
IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques
Vol.: 61 , Issue: 3 - Page(s): 1301 - 1315
DOI: 10.1109/TMTT.2013.2243750




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