可编程芯片让硬件即时升级

过时是对电子产品的诅咒：你买了一个工具，其硬件马上就过时了。一个新型的可以联机重新进行设计的微芯片改变了这种状况。该芯片的逻辑门可以重新配置，来实现改进后的设计，与软件更新等效的硬件通常推出像手机一样的工具。

新型芯片由新创公司Tabula制作，这是一种价格低廉，功能强大的芯片，是现有的现场可编程门阵列（field programmable gate array，FPGA）芯片的竞争对手。当比从零开始重新制作一款芯片的成本更低的时候（通常是那些成本高，销量少的设备，如CT扫描仪），FPGA芯片经常被移植到已经设计完成的设备中。FPGA通常只是在制作常规固定微芯片之前可以提供原型设计。

如果可编程芯片功能更强大，价格更低廉，就可以在更多设备中以更加创新的方式得到应用，Tabula公司的创始人和首席技术官斯蒂芬·特格（Steve Teig）说。他们公司的可编程芯片设计比FPGA小很多。“FPGA里有大片的硅，所以很贵，”特格说，“硅（晶片）每英亩（约4047平方木）大概值10亿美元。”信息在FPGA表面传输所需要的时间限制了它的性能，他说。

“就像是走在一个巨大的独栋建筑里，走廊的长度使得你的速度放慢，”他说。正如一个建筑一样，通过在楼层之间提供捷径，电路层之间互相叠加，特格说。但不幸的是，构造叠加3D芯片的技术仍局限在实验室中。特格找到了一种方法，可以让只有一层的芯片像叠加在一起的八层芯片一样工作。

“想象一下，你走进楼内的电梯，然后退出来，当你在电梯里的时候，我快速重新布置了家具，”特格说。“没有办法告诉你不在相同的地板上。” Tabula公司在其处理的芯片上采取了同样的策略，以每秒16亿次（1.6千兆赫兹）的速度在8个不同的设计图版之间进行循环。芯片上的信息依此与不同设计图版上的信息相遇，就像它们跳到一个完全不同的芯片上一样。“从其表现可以看出，我们的（设计）和一堆芯片有显著区别，”特格说，他把这种虚拟芯片层叫做“褶”（folds）。

这种方法带来了速度优势，因为信号不需要像在FPGA上一样，从一个芯片表面经过长距离到达电路的另一部分。当芯片加载了一个新层，将在原位置显示新电路。特格估计Tabula芯片的面积将低于等效FPGA面积的三分之一，制作成本比其低5倍，但是能提供两倍的逻辑和大约四倍的性能。

像FPGA一样，Tabula的芯片包括许多相同基本块阵列，这些阵列可以编程实现任何逻辑功能。芯片上的存储器管理芯片循环遍历的不同配置。

特格的方法是行之有效的，安德烈·德宏（Andre DeHon）说，他在宾夕法尼亚大学（University of Pennsylvania）研究可配置硬件，已经试验出了类似的硬件设计。FPGA芯片上的大部分面积由接线组成，这些接线需要连接那些工作元件，他说。“这种新型设计运行速度更快，可以避免在信号穿过长距离时，芯片上的部件只是原地呆在那里。”

Tabula可以在更多应用上使用可配置硅来替代传统的固定的芯片设计，德宏说。制作一个传统的芯片需要保证百万个单元，因此也需预付几百万美元。“移动该花销和可配置技术的花销之间的交差点是一个问题。”

把可配置芯片方法的成本降下来，就可以使消费电子也转而使用可编程芯片，这样在新设计出来时就能够升级硬件。这种方法目前只应用在一些昂贵的设备上，像手机基站等。“索尼可以说，"看我们的对手东芝做了什么"，然后升级它们的电视机内部芯片来提供新特性，”特格说。“在数码相机和电视机上的应用已经可以实现。”

然而，在分析公司Semico Research跟踪研究FPGA及其相关技术的理查·瓦兹尼亚克（Rich Wawzyrniak）指出，这种方法有一定的局限性。“这些设备的能耗相对较高，对于像手机这样的设备来说，这样能耗太多了。”

但是德宏说，可配置芯片可以更频繁的改变它们的设计，使得它们在硬件和软件上配合手头上的任务。“这些芯片是可以运行任何运算的真实平台。从长远观点来看，我们提供了把程序代码映射到工作芯片的方法。”