Команде инженеров из Калифорнийского технологического института удалось разработать методику создания микросхем, самостоятельно восстанавливающих работоспособность при повреждении. Практическая реализация эффекта была продемонстрирована на схеме усилителя, но сам способ довольно универсальный.

В эксперименте участок цепи микросхемы разрушался импульсом лазера. Резервные микроэлементы были задействованы практически сразу же. Формировалась новая логическая цепь (обходной путь), и микросхема возобновляла нормальную работу менее чем через секунду.

Снимок схемы самостоятельно восстанавливающегося усилителя до и после повреждения лазером (фото: Steven M. Bowers et al.)
Снимок схемы самостоятельно восстанавливающегося усилителя до и после повреждения лазером
(фото: Steven M. Bowers et al.)

«Мы буквально взорвали лазером часть микросхемы. Некоторые транзисторы испарилась, но чип восстановился до почти идеальной производительности» – описывает эксперимент профессор кафедры электротехники Али Айимири (Ali Hajimiri).

При скромных габаритах на «регенерирующем» усилителе удалось разместить многочисленные датчики. Они контролируют температуру, напряжение и силу тока. Информация от датчиков обрабатывается модулем ASIC (application-specific integrated-circuit), расположенном на том же чипе и выполняющем функцию контроллера. Именно он отслеживает нарушения в работе микросхемы и пытается задействовать резервные цепи по мере необходимости.

Контроллер не выполняет даже поверхностную диагностику обслуживаемой схемы. Образно говоря, ему совершенно всё равно, какие из многих тысяч транзисторов или других элементов оказались повреждены. Для восстановления функциональности чипа ASIC не использует сложных алгоритмов. Он лишь отслеживает резкие изменения в работе, а затем пытается скомпенсировать их. Методом проб и ошибок ему удаётся вернуть микросхему в рабочее состояние без вмешательства извне и «понимания» деталей аварийной ситуации.

Сравнительный анализ двадцати чипов с контроллером и без него показал, что даже при обычной работе ASIC уменьшает разброс параметров, делает микросхемы более точными и помехозащищёнными. Потребляемая мощность при этом увеличивается в среднем на 50%.