加州理工大學(xué)的工程師使用激光對(duì)芯片進(jìn)行打擊。芯片可以在晶體管遭受完全破壞后恢復(fù)過(guò)來(lái)。下面這個(gè)圖片由掃描電子顯微鏡拍攝。

芯片毀壞實(shí)驗(yàn)

 

加州理工大學(xué)(Caltech)開(kāi)發(fā)了一種可以自我修復(fù)的芯片。研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員為高速集成電路實(shí)驗(yàn)室的工程師，他們用微型功率放大器(power amplifier)展示自愈技術(shù)。這個(gè)放大器特別的小。實(shí)際上，芯片內(nèi)所有必要的部件加起來(lái)，都只有一枚硬幣那么大。實(shí)驗(yàn)室里最驚心動(dòng)魄的工作是摧毀，工程師用激光轟擊芯片多次，摧毀不同的部分，然后觀察到芯片到芯片能在一秒鐘內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)工作。

 

大學(xué)的教授Ali Hajimiri說(shuō)：“當(dāng)首次觀察到它受到打擊、然后自行恢復(fù)的時(shí)候，我們都覺(jué)得簡(jiǎn)直不可思議！我似乎看到了集成電路的進(jìn)化方向。我們損毀了放大器的一半，并弄壞了很多部件，比如晶體管，可是它居然能夠自行恢復(fù)有效運(yùn)行。”

 

時(shí)至當(dāng)下，很多集成電路都因?yàn)閭€(gè)別的錯(cuò)誤而癱瘓。加州理大學(xué)的工程師希望，讓電路像人類(lèi)免疫系統(tǒng)一樣，具備自我修復(fù)的能力?？焖賹?duì)受到的攻擊進(jìn)行反應(yīng)，保持整體功能不受影響。他們?cè)O(shè)計(jì)的功率放大器含有眾多傳感器，分別監(jiān)視溫度、電壓、功率和電流。這些信息將傳入定制的特別應(yīng)用集成電路中(ASIC)。ASIC相當(dāng)于芯片的大腦，它評(píng)估放大器的整體性能，并決定是否需要對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行器調(diào)整。

 

芯片的大腦并不基于邏輯運(yùn)行，傳感器的整體回饋才是決策的依據(jù)。實(shí)驗(yàn)室的Steven Bowers解釋到：“你告訴芯片你想要的結(jié)果，然后讓它去決定如何產(chǎn)生這結(jié)果。芯片中那些數(shù)量超過(guò)100，000的晶體管，才是最棘手的部分。我們不知道哪里會(huì)出錯(cuò)，不過(guò)我們也沒(méi)必要事無(wú)巨細(xì)的去搞清楚。我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)，有能力讓所有的執(zhí)行器達(dá)到最佳狀態(tài)，無(wú)需外接干預(yù)。”

 

Kaushik指出，自我修復(fù)主要為了應(yīng)對(duì)四個(gè)問(wèn)題。第一，生產(chǎn)中的變量，第二，長(zhǎng)期的老化問(wèn)題，第三，短期劇烈環(huán)境變化，最后，偶然事故的發(fā)生。

 

信息在微芯片中傳遞的通道有數(shù)千條，但是由于每一條都是專(zhuān)用的，所以單一通道故障會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)失效。每一個(gè)芯片都含有超過(guò)10萬(wàn)個(gè)晶體管，它們并非同時(shí)工作。研究人員使用激光束破壞了大量的晶體管，然后讓系統(tǒng)進(jìn)行重新校準(zhǔn)，只要損壞部分沒(méi)有獲得任何的數(shù)據(jù)緩存，芯片就能夠找到替換路線并且繼續(xù)工作。在每個(gè)芯片上特定用途集成電路(ASIC)處理器的幫助下，這種系統(tǒng)能夠了解哪條路線受損并且進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。如果傳統(tǒng)的微芯片可以與電路相提并論的話，那么這項(xiàng)新技術(shù)更類(lèi)似于人類(lèi)大腦。如果一條路線變得不可用，大腦就會(huì)發(fā)現(xiàn)新的方式來(lái)繼續(xù)傳遞信息。當(dāng)然也有可能給系統(tǒng)帶來(lái)它無(wú)法恢復(fù)的災(zāi)難性損害，但是擁有超過(guò)10萬(wàn)種傳輸方式，這些微芯片能夠變得非常耐用。

 

其實(shí)我們可以看到這種自我修復(fù)的芯片在機(jī)器進(jìn)化的過(guò)程中是一種非常吸引人的進(jìn)步，但是它們確實(shí)缺少真正生物所具備的一種重要特征：隨著時(shí)間再生的能力。雖然加州理工學(xué)院的這種微芯片能夠承受重大損傷并且找到解決的方法，但是激光灼燒的截面在數(shù)年以后仍然是被灼燒后的狀態(tài)。事實(shí)上微芯片尚不能完全完全類(lèi)似于活體生物，但是這種事實(shí)不會(huì)減少這項(xiàng)發(fā)明的新穎性或者它的潛在用途。