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Noch im Labor, bald auf dem Markt? Der unverwüstliche ASIC US-Forscher entwickeln einen sich selbst heilenden Schaltkreis

| Autor / Redakteur: David Franz (Elektronic Praxis) / Ulrike Ostler

Einem Ingenieurteam des California Institute of Technology (Caltech) ist es gelungen, einen integrierten Schaltkreis zu entwickeln, der über Selbstheilungskräfte verfügt. In kritischen Situationen wählt ein ASIC-Chip aus mehr als 250.000 Möglichkeiten eine geeignete Konfiguration aus, um die Funktion des Gesamtsystems aufrechtzuhalten.

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Das soll künftig praktisch ausgeschlossen sein: Ein zerstörter Transistor. So sieht er unter dem Elektronenmikroskop aus.
Das soll künftig praktisch ausgeschlossen sein: Ein zerstörter Transistor. So sieht er unter dem Elektronenmikroskop aus.
(Bild: Caltech)

Um die Technologie zu demonstrieren, wurden immer wieder verschiedene Bauteile winziger elektronischer Schaltungen mittels Laserlicht zerstört. Die „Wunder-Chips“ haben es dabei stets geschafft, sich automatisch auf die aktuelle Problemlage einzustellen und einen passenden Lösungsweg zu finden.

Ali Hajimiri, Professor im Bereich Electrical Engineering am Caltech, zeigt sich begeistert:„Es war unglaublich zum ersten Mal zu sehen, wie ein System selbständig reagiert, um sich zu heilen. Es hat sich angefühlt als hätten wir gerade den nächsten Evolutionsschritt von integrierten Schaltkreisen erlebt.“

Der Erfolg, der mit diesem Ansatz bei diversen Experimenten zu beobachten gewesen ist, hat sogar die Ingenieure selbst überrascht: "Wir haben buchstäblich die Hälfte der Schaltkreise vernichtet und die meisten ihrer Komponenten wie etwa Transistoren verglühen lassen, und sie waren trotzdem in der Lage, sich beinahe bis zur idealen Performance wieder herzustellen", sagt Hajimiri.

ASIC-Chip als "Hirn"

Ali Hajimiri: "Wir haben einen Weg gesucht, um potenzielle Angriffe und Fehler so schnell wie möglich entdecken und umgehen zu können, sodass das Gesamtsystem weiterhin optimal weiterarbeiten kann."
Ali Hajimiri: "Wir haben einen Weg gesucht, um potenzielle Angriffe und Fehler so schnell wie möglich entdecken und umgehen zu können, sodass das Gesamtsystem weiterhin optimal weiterarbeiten kann."
(Bild: Caltech)
Um den Selbstheilungsprozess Realität werden zu lassen, haben die US-Forscher sich von der Natur, insbesondere dem körpereigenen Immunsystem des Menschen, inspirieren lassen: „Wir haben einen Weg gesucht, um potenzielle Angriffe und Fehler so schnell wie möglich entdecken und umgehen zu können, sodass das Gesamtsystem optimal weiterarbeiten kann“, so Hajimiri.

Herausgekommen ist ein ausgeklügeltes System robuster Sensoren, die direkt auf den Chip montiert werden und dort Kernwerte wie Temperatur, Stromstärke, Spannung und Leistungsenergie erfassen.

Die auf diese Weise zusammengetragenen Informationen werden in einen speziell entwickelten anwendungsspezifischen ASIC-Chip eingespeist, der gewissermaßen als „Hirn“ des gesamten Systems fungiert.

250.000 verschiedene Konfigurationen machen es möglich

Falls die Analyse der eingegangenen Messdaten unvorhergesehene Abweichungen zu Tage fördert, startet die ASIC-Einheit automatisch einen Diagnose-Suchlauf und wählt aus insgesamt mehr als 250.000 verschiedenen Konfigurationsmöglichkeiten jene aus, die am ehesten geeignet scheint, um ein weiteres möglichst reibungsloses Funktionieren des Gesamtsystems zu garantieren.

Diese Vorgehensweise hat aber auch noch weitere Vorteile. "Wir konnten zeigen, dass sich mit dieser Selbstheilungslösung gleichzeitig vier unterschiedliche Probleme lösen lassen", betont Caltech-Doktorand Kaushik Dasgupta, der ebenfalls am Projekt mitarbeitet.

„Wir haben uns 20 verschiedene Chips angeschaut. Diejenigen, die der Selbstheilung fähig waren, haben gleichzeitig zudem auch nur knapp die Hälfte der Energie benötigt, die ihre herkömmlichen Pendants verbraucht haben. Auch ihre Overall-Performance ließ sich wesentlich besser berechnen und reproduzieren“, erläutert Dasgupta.

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