Chips repareren straks zichzelf
Defecte componenten worden omzeild, chip blijft werken
15 maart 2011
Een chip die zichzelf test en zo nodig repareert. Onderzoekers van het
Europese CRISP-consortium, met daarin onder meer het UT-instituut CTIT
en de spinoff Recore Systems, demonstreren deze ontwikkeling op 15
maart 2011 tijdens de DATE2011-conferentie in Grenoble. Miniaturisering
maakt componenten en verbindingen op een chip in de toekomst steeds
kwetsbaarder: een zelfreparerende chip is hierop voorbereid. Terwijl de
chip gewoon aan het werk blijft, worden eventuele niet-werkende
componenten opgespoord, en wordt zo nodig een `omleidingsroute'
gekozen.
Op zichzelf zijn de steeds kleiner wordende afmetingen op een chip goed
nieuws. Onze mobiele telefoons kunnen steeds meer, terwijl de kosten
omlaag gaan. Maar de keerzijde is dat processoren tegen hun fysieke
limieten aanlopen: het wordt steeds lastiger om een goede opbrengst te
halen bij de productie van chips, en eenmaal geproduceerde chips zijn
gevoeliger voor 'breakdown'. "Omdat we steeds meer transistoren op een
klein chipoppervlak concentreren, wordt het een echte uitdaging om de
betrouwbaarheid van het uiteindelijke systeem te garanderen", aldus
dr.ir. Hans Kerkhoff, specialist in 'testable design and testing' bij
het Centrum voor Telematica en Informatietechnologie (CTIT) van de UT.
Tegels
Om de betrouwbaarheid van toekomstige generaties chips, ondanks die
groeiende kwetsbaarheid, juist te vergróten, heeft het Europese
CRISP-consortium, met vier bedrijven en twee universiteiten, onderzocht
hoe chips zichzelf kunnen testen en repareren. Zo'n nieuwe chip is in
staat te testen of er componenten of verbindingen zijn die niet werken,
en zoekt dan naar alternatieve 'paden' om de benodigde functie toch uit
te voeren met goed werkende componenten en verbindingen. Dat is
mogelijk dankzij een modulaire opbouw, met vele 'cores' of tegels. Een
run-time resource manager verdeelt daarbij de taken over de
verschillende cores van de chip.
Maar hoe kan een chip voor de volle honderd procent functioneren,
terwijl er niet-werkende componenten op zitten? "Je kunt natuurlijk
proberen chips te ontwerpen die nooit in kwaliteit achteruitgaan. Maar
die garantie krijg je niet. Je kunt ook architecturen ontwikkelen die
volledig blijven functioneren ondanks degradatie. 'Graceful
degradation' noemen we dat ook wel. Een chip met vele 'cores', met goed
ontworpen verbindingen ertussen, is dan een oplossing", aldus Kerkhoff.
De vele cores waaruit de chip bestaat, voeren ieder een subtaak uit
voor een complexe toepassing: voor satellietnavigatie zijn bijvoorbeeld
veel van dit soort subtaken nodig om alle digitale signalen te
verwerken. De run-time resource manager bepaalt op een dynamische
manier welke taak wordt toegewezen aan welke core. Omdat niet uitmaakt
welke core een basistaak uitvoert - ze zijn inwisselbaar -, kan een
goede core ook een taak overnemen van een falende. Zo kan de chip
langere tijd betrouwbaar zijn werk blijven doen.
Bart Vermeulen, Senior Principal Scientist bij NXP Semiconductors: "De
test op foute componenten, in combinatie met de run-time resource
manager, vormt het hart van een flexibele herconfigureerbare chip, die
in staat is veranderende taken en fouten het hoofd te bieden tijdens
zijn hele levensduur. De resource manager houdt ook in de gaten dat de
Quality of Service op peil blijft."
Over CRISP
Het project CRISP (Cutting edge Reconfigurable ICs for Stream
Processing) onderzoekt herconfigureerbare 'many-core' chips voor
veeleisende 'streaming' toepassingen: hoe zijn deze chips efficiënt en
betrouwbaar in te zetten en te programmeren? Doel van het project is
een herconfigureerbare chip die voor talloze toepassingen bruikbaar is:
van consumenten elektronica met lage kosten tot aan zeer veeleisende
specialistische apparatuur. Het project consortium wordt geleid door
Recore Systems, een succesvol spinoff bedrijf van het CTIT. Verdere
projectpartners zijn de Universiteit Twente (CTIT), Atmel Automotive,
Thales Nederland, Tampere University of Technology en NXP
Semiconductors.
Het project is mede gefinancierd vanuit het Zevende Kaderprogramma van
de Europese Unie.
www.crisp-project.eu
Universiteit Twente