據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，美國加州理工學(xué)院的工程師團(tuán)隊(duì)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(jī)和電腦中從電池到總晶體管等故障自行修復(fù)。相關(guān)研究成果刊登在最新一期《IEEE微波理論與技術(shù)》期刊上。
加州理工學(xué)院工程和應(yīng)用科學(xué)部高速集成電路實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)，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(fù)所需要的一切。最引人注目的是，他們在實(shí)驗(yàn)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(yīng)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(fù)到接近理想的性能。這次系統(tǒng)啟動且自我修復(fù)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(yīng)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(shè)計(jì)的功率放大器采用大量強(qiáng)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(yīng)出的算法進(jìn)行操作，而是對基于傳感器的總體響應(yīng)做出結(jié)論。研究人員說：“你明確芯片想要的結(jié)果，讓它計(jì)算出如何產(chǎn)生這些結(jié)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(yù)的狀態(tài)下，以通用的方式設(shè)計(jì)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(fù)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(yù)測性和可重復(fù)性。研究人員說：“我們已經(jīng)證明，其自我修復(fù)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(fù)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(fù)載、溫度和電源電壓的差異誘導(dǎo)的短期變化以及偶然或?yàn)?zāi)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(lǐng)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(dá)應(yīng)用程序，甚至有望擴(kuò)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(yù)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。”