Foto: Una imagen de microscopio de barrido de electrones muestra los daños producidos por un láser en un circuito.

Investigadores del Instituto de Tecnología de California (Caltech en sus siglas en inglés, EE.UU.) han hecho una demostración con un circuito integrado complejo que sobrevive a daños sustanciales reconfigurando la forma en que procesa la información.

El chip no repara errores físicos; usa un segundo procesador para encontrar nuevas formas de llevar a cabo las tareas a pesar de los daños. El chip también se puede programar para priorizar el ahorro de energía o la velocidad. Ali Hajimiri, profesor de ingeniería eléctrica de Caltech que ha dirigido el trabajo, afirma que estos chips capaces de adaptar su rendimiento sobre la marcha también podrían tener mejores resultados en circunstancias ordinarias.

Los circuitos autocurativos podrían ser resistentes a los fallos de fabricación y podrían soportar daños causados por altas temperaturas, o el deterioro producido por el paso del tiempo. Esto podría dar lugar a equipos de comunicación militares más robustos y a electrónica de consumo portátil capaz de soportar los golpes.

El grupo de Hajimiri es el primero en demostrar estas capacidades en un circuito integrado complejo, en este caso un amplificador de potencia, una clase de circuito que procesa la transmisión de señales en teléfonos inteligentes y otros aparatos de telecomunicación. El chip autocurativo consiste en 100.000 transistores, varios tipos de sensores y un procesador adicional integrado que hace un seguimiento del rendimiento del circuito y ejecuta algoritmos para valorar cómo se puede mejorar.

En un trabajo que se publica este mes en la revista IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, el grupo de Caltech demuestra que los circuitos equipados con el sistema de autocuración siguen funcionando incluso después de haber sido bombardeados con un láser para eliminar la mitad de los transistores. El circuito tarda unas decenas de milisegundos en ajustarse al daño. Un circuito que no había sido sometido a este tipo de ataque pudo consumir un 50 por ciento menos de energía que un circuito ordinario al reconfigurarse para lograr la máxima eficiencia.

El procesador secundario que hace posibles estos resultados vigila el circuito ejecutando un programa que analiza datos de sensores de temperatura, voltaje, corriente, energía y otros. Se puede programar para optimizar estos parámetros para obtener un resultado concreto, por ejemplo maximizar la pureza o la potencia de la señal producida por el amplificador. En ese caso, el programa decide cómo cambiar el circuito para lograr ese objetivo de la mejor manera posible. Se puede cambiar el voltaje aplicado a transistores concretos en el circuito o para cambiar cómo se dirigen las señales a través de él para evitar una zona dañada. Hajimiri afirma que el circuito tiene unos 250.000 estados posibles.

Hajimiri explica que se debería poder aplicar este mismo concepto a cualquier clase de circuito, sin importar su función. En la demostración con el amplificador de potencia, el sistema autocurativo no ocupa espacio extra porque el procesador secundario está colocado debajo.

Este concepto podría liberar a los diseñadores de chips de tener que asegurarse de que los circuitos son capaces de soportar sucesos poco frecuentes, como temperaturas extremas, fluctuaciones en el voltaje o interferencias. La capacidad de enfrentarse a este tipo de hechos suele ser a expensas del rendimiento.

"Puedes diseñar un chip capaz de funcionar en las circunstancias más adversas, pero la mayor parte de las veces ese no será el caso, y podrías estar funcionando más rápido o con menos gasto de energía la mayor parte del tiempo", afirma Subhasish Mitra, profesor de informática de la Universidad de Stanford (EE.UU.) que no ha participado en el trabajo. Con la miniaturización cada vez más exagerada de los transistores de silicio, los fabricantes necesitarán que los diseñadores de circuitos proporcionen más flexibilidad, afirma Mitra.

"Hasta hace poco no había incentivos económicos para este tipo de diseño", explica Thomas H. Lee, director del Laboratorio de Circuitos Integrados de Microondas en Stanford. "Pero cada vez es más difícil fabricar chips bien y creo que los sistemas de reparación integrados se convertirán en la norma".