Forskare vid Luleå tekniska universitet har tagit patent på ett genombrott som kan förändra hur elektronik designas och optimeras inom områden som AI, fordonsindustri och telekommunikation.

”Detta öppnar dörren för en helt ny designfilosofi. Istället för att bygga en enda stor krets per produkt kan företag skapa bibliotek av återanvändbara chiplets och kombinera dem dynamiskt. Det innebär snabbare innovation, lägre kostnader och större skalbarhet”, förklarar Shailesh Singh Chouhan, D.Sc. (Tech.), forskare vid Luleå tekniska universitet.

Den patenterade tekniken, kallad flexibel chiplet-orkestrering, gör det möjligt för hårdvara att omkonfigurera sig själv på millisekunder.

“Du kan föreställa dig det som en uppsättning LEGO-klossar. Istället för att vara låst till en design kan dessa chiplets arrangeras om och kopplas samman för att skapa helt nya hårdvaruarkitekturer, enbart genom att omprogrammera styrplanet”, säger Shailesh Singh Chouhan.

Från statisk till flexibel hårdvara

Traditionell elektronik är statisk och ofta underutnyttjad, där delar av hårdvaran står stilla mellan olika uppgifter. Med den nya tekniken introduceras ett intelligent orkesteringslager som kontinuerligt omfördelar resurserna dit de behövs mest – till exempel för diagnostik, datakomprimering eller AI-beräkningar.

”Det som gör vår metod unik är att den möjliggör nästan 100 procent resursutnyttjande”, förklarar Shailesh Singh Chouhan. ”Systemet omfördelar kontinuerligt lediga resurser till andra aktiva uppgifter, vilket säkerställer att varje chiplet bidrar meningsfullt hela tiden.”

Stor industriell potential

Tekniken kombinerar tre stora förändringar inom elektronikbranschen: modulär hårdvara, edge-intelligens och hållbarhet. Forskarna ser potential för att tekniken inom några år ska kunna användas inom en rad olika områden, exempelvis AI-servrar, fordonsindustrin och telekomsektorn, för att minska kostnader, förlänga hårdvarans livslängd och öka effektiviteten.

De menar också att tekniken kan ge Europa en strategisk fördel genom utvecklingen av vertikalt integrerade ekosystem för chiplet-baserad elektronik.

”Hårdvaran håller på att bli intelligent och kontextmedveten”, säger Shailesh Singh Chouhan. ”Med våra patent tar vi det första steget mot en ny generation av adaptiva, hållbara elektroniska system.”

Patent för intelligent elektronik

Forskargruppen från Luleå tekniska universitet, som även inkluderar professor Jerker Delsing och docent Cristina Paniagua, har säkrat flera patent som tillsammans definierar hur adaptiv hårdvara fungerar säkert och effektivt. 

Nästa steg är att skala upp och simulera verklig chiplet-implementering genom ett antal demonstrationsmodeller, för att visa upp innovationen för potentiella kunder.

”Förmågan att modifiera hårdvara genom mjukvara gör det möjligt att skapa en plastisk, självadaptiv maskin. Ett system som genom AI kan omkonfigurera sig självt. I praktiken ger vi maskiner hjärnliknande egenskaper, med förmåga att anpassa sig och bilda nya ”neurala vägar”. En tydlig praktisk fördel är potentialen att göra elektronikens hårdvara mer mångsidig under sin livstid, vilket möjliggör nya funktioner och förlänger livslängden. Ta en satellit som exempel: om hårdvaran slutar den normalt att fungera. Med vår teknik kan hårdvaran omkonfigureras, vilket förlänger dess livslängd avsevärt”, säger Jerker Delsing.

Årets innovatör

Teamet har dessutom precis tilldelats utmärkelsen Årets innovatör 2025, som delas ut årligen vid Luleå tekniska universitet. I motiveringen  framhålls hur den nya tekniken minskar komplexiteten och skapar flexibel elektronik som kan få global inverkan inom en rad olika branscher och segment.

”Traditionellt sett är produkter som smartphones, bilar eller satelliter beroende av dyra, specialanpassade chip som begränsar innovationen till stora företag. Med chiplets går vi mot en modulär hårdvaruekonomi, där mindre, specialiserade komponenter kan kombineras och återanvändas – som byggstenar i ett digitalt ekosystem”, avslutar Shailesh Singh Chouhan.

Fakta:

•    Den flexibla chiplet-tekniken gör det möjligt för elektronisk hårdvara att omdesigna sig själv på millisekunder.

•    Flera demonstrationer som behandlar olika strategiska frågor relaterade till den föreslagna tekniken är klara. Programvaruverktyget för programmering av orkestratorn är under utveckling. Flera relaterade publikationer har lämnats in och granskas för närvarande av det vetenskapliga samfundet.

•    Kopplingen till Eclipse Arrowhead-ramverket är uppenbar, eftersom arbetet direkt överensstämmer med dess kärnarkitektur, Service-Oriented Architecture (SOA). Detta gör det enkelt att integrera teknikerna i applikationer och större system inom ett brett spektrum av områden.

•    Forskningen finansieras med interna medel från Luleå tekniska universitet och Chips-JU-projektet Arrowhead fPVN (bidragsnummer 101111977).

Läs mer om forskningen: https://www.techrxiv.org/inst/26407?author_filter=973659&current_inst_tab=public

Kontakt:

Shailesh Singh Chouhan, forskare i cyberfysiska system, Luleå tekniska universitet, shailesh.chouhan@ltu.se, 0920-492165

Jerker Delsing, professor i cyberfysiska system, Luleå tekniska universitet, jerker.delsing@ltu.se, +46706261931