http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2013-04-08
本报讯 据物理学家组织网近日报道，美国加州理工学院的工程师团队首次开发出一种可自愈的集成芯片，可在微秒之间，对智能手机和电脑中从电池到总晶体管等故障自行修复。相关研究成果刊登在最新一期《IEEE微波理论与技术》期刊上。
加州理工学院工程和应用科学部高速集成电路实验室的研究团队，在小功率放大器里证明了这种集成芯片的自愈能力。该放大器非常小，如一便士大小可容纳76个芯片，却包括自我修复所需要的一切。最引人注目的是，他们在实验室通过高功率的激光对其震击多次，摧毁了芯片的各个部分，然后，在约不到一秒钟的时间内，观察到该集成芯片自动形成一个应急措施。
研究人员说：“我们简直是炸开了一半的放大器，汽化了许多成分，如晶体管，而它却能够恢复到接近理想的性能。这次系统启动且自我修复真是令人难以置信。”
迄今为止，即使是某个单一的故障往往会使得集成电路芯片完全报废。被赋予的集成电路芯片的自愈能力，类似于我们人类自身的免疫系统，能够检测和快速响应任何可能受到的攻击，以保持系统的最佳工作状态。他们设计的功率放大器采用大量强健的芯片传感器，用来监视温度、电流、电压和功率。这些传感器把检测到的信息送入在同一芯片上的一个专用集成电路(ASIC)单元，即系统“大脑”的中央处理器。“大脑”分析放大器的整体性能，并确定是否需要调整系统芯片变化部分的执行器。
有趣的是，该芯片的“大脑”不会基于对每一个可能的情况响应出的算法进行操作，而是对基于传感器的总体响应做出结论。研究人员说：“你明确芯片想要的结果，让它计算出如何产生这些结果。所面临的挑战是，每个芯片上有10万多个晶体管，我们不了解所有发生错误的各种不同情况，而我们也不需要知道这些。在无需外部干预的状态下，以通用的方式设计的系统足够发现所有驱动器的最优状态。”
该研究小组观察了20个不同的芯片，具有修复能力的功率放大器与那些没安装该芯片的相比，其整体表现更具可预测性和可重复性。研究人员说：“我们已经证明，其自我修复可解决四种不同类型的问题：包括产品整个组件改变的静态变化；逐渐重复使用引起系统内部属性变化的长期老化过程中的问题；由于环境条件下如负载、温度和电源电压的差异诱导的短期变化以及偶然或灾难性的部分电路破坏。”
这个具有自愈能力的高频率集成芯片，代表了该领域研究的最前沿，可用于下一代移动通信、传感器、成像和雷达应用程序，甚至有望扩展到几乎任何其他的电子系统之中。
研究人员说：“把这种类型的电子免疫系统植入集成电路芯片将开辟无限可能性。在没有任何人为干预的情况下，它们现在可以同时诊断和解决自身的问题，向不可破坏的电路更近了一步。”(华凌)
[科技日报]