據(jù)物理學家組織網(wǎng)近日報道，美國加州理工學院的工程師團隊首次開發(fā)出一種可自愈的集成芯片，可在微秒之間，對智能手機和電腦中從電池到總晶體管等故障自行修復。相關研究成果刊登在最新一期《IEEE微波理論與技術》期刊上。
加州理工學院工程和應用科學部高速集成電路實驗室的研究團隊，在小功率放大器里證明了這種集成芯片的自愈能力。該放大器非常小，如一便士大小可容納76個芯片，卻包括自我修復所需要的一切。最引人注目的是，他們在實驗室通過高功率的激光對其震擊多次，摧毀了芯片的各個部分，然后，在約不到一秒鐘的時間內(nèi)，觀察到該集成芯片自動形成一個應急措施。
研究人員說：“我們簡直是炸開了一半的放大器，汽化了許多成分，如晶體管，而它卻能夠恢復到接近理想的性能。這次系統(tǒng)啟動且自我修復真是令人難以置信。”
迄今為止，即使是某個單一的故障往往會使得集成電路芯片完全報廢。被賦予的集成電路芯片的自愈能力，類似于我們?nèi)祟愖陨淼拿庖呦到y(tǒng)，能夠檢測和快速響應任何可能受到的攻擊，以保持系統(tǒng)的最佳工作狀態(tài)。他們設計的功率放大器采用大量強健的芯片傳感器，用來監(jiān)視溫度、電流、電壓和功率。這些傳感器把檢測到的信息送入在同一芯片上的一個專用集成電路(ASIC)單元，即系統(tǒng)“大腦”的中央處理器。“大腦”分析放大器的整體性能，并確定是否需要調(diào)整系統(tǒng)芯片變化部分的執(zhí)行器。
有趣的是，該芯片的“大腦”不會基于對每一個可能的情況響應出的算法進行操作，而是對基于傳感器的總體響應做出結論。研究人員說：“你明確芯片想要的結果，讓它計算出如何產(chǎn)生這些結果。所面臨的挑戰(zhàn)是，每個芯片上有10萬多個晶體管，我們不了解所有發(fā)生錯誤的各種不同情況，而我們也不需要知道這些。在無需外部干預的狀態(tài)下，以通用的方式設計的系統(tǒng)足夠發(fā)現(xiàn)所有驅(qū)動器的最優(yōu)狀態(tài)。”
該研究小組觀察了20個不同的芯片，具有修復能力的功率放大器與那些沒安裝該芯片的相比，其整體表現(xiàn)更具可預測性和可重復性。研究人員說：“我們已經(jīng)證明，其自我修復可解決四種不同類型的問題：包括產(chǎn)品整個組件改變的靜態(tài)變化；逐漸重復使用引起系統(tǒng)內(nèi)部屬性變化的長期老化過程中的問題；由于環(huán)境條件下如負載、溫度和電源電壓的差異誘導的短期變化以及偶然或災難性的部分電路破壞。”
這個具有自愈能力的高頻率集成芯片，代表了該領域研究的最前沿，可用于下一代移動通信、傳感器、成像和雷達應用程序，甚至有望擴展到幾乎任何其他的電子系統(tǒng)之中。
研究人員說：“把這種類型的電子免疫系統(tǒng)植入集成電路芯片將開辟無限可能性。在沒有任何人為干預的情況下，它們現(xiàn)在可以同時診斷和解決自身的問題，向不可破壞的電路更近了一步。”
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