Кіріспе
Эволюциялық аппараттық жабдық (ЭХ) – эволюциялық алгоритмдерді (ЭА) қолдану арқылы қолмен жобалаусыз арнайы электроника жасауға бағытталған сала. Ол қайта конфигурацияланатын аппараттық құралдарды, эволюциялық есептеулерді, қателерге төзімділікті және автономды жүйелерді біріктіреді. Эволюциялық аппараттық жабдық – өз ортасымен өзара әрекеттесу арқылы архитектурасы мен мінез-құлқын динамикалық және автономды түрде өзгерте алатын аппараттық жабдық.
Кіріспе
Эволюциялық алгоритмнің ең негізгі түрінде, әрбір жеке тұлға кандидаттық схеманы қалай құрастыратынын сипаттайтын жеке тұлғалар популяциясын басқарады. Әрбір схемаға сәйкестік деңгейі беріледі, ол кандидаттық схеманың жобалық талаптарға қаншалықты сай келетінін көрсетеді. Эволюциялық алгоритм жаңа схема конфигурацияларын жасау үшін стохастикалық операторларды қолданады. Дұрыс жасалған жағдайда, уақыт өте келе эволюциялық алгоритм қажетті мінез-құлықты көрсететін схема конфигурациясын дамытады. Әрбір кандидаттық схеманы қайта конфигурацияланатын құрылғыда симуляциялауға немесе физикалық түрде іске асыруға болады. Типтік қайта конфигурацияланатын құрылғылар – өрісте бағдарламаланатын қақпалар тізімі (цифрлық жобалар үшін) немесе өрісте бағдарламаланатын аналогтық тізімдер (аналогтық жобалар үшін). Абстракцияның төменгі деңгейінде цифрлық немесе аналогтық жобаларды іске асыра алатын өрісте бағдарламаланатын транзисторлар тізімі бар. Бұл тұжырымдаманы Англияның Сассекс университетіндегі Эдриан Томпсон алғаш ұсынды. 1996 жылы ол FPGA-ны қолданып, 40-тан аз бағдарламаланатын логикалық қақпаны пайдаланған және сағат сигналы жоқ дыбыс ажыратушысын жасады. Бұл мұндай құрылғы үшін өте кішкентай жоба, және ол инженерлер әдетте сақтануға тырысатын аппараттық ерекшеліктерді пайдалануға негіделген. Мысалы, қақпалардың бір тобы схеманың қалған бөлігімен логикалық байланысқа ие емес, бірақ олардың жұмысы үшін маңызды.
Мотивация
Көп жағдайда, дәстүрлі жобалау әдістері (формулалар сияқты) схеманы жобалау үшін қолданылуы мүмкін. Бірақ кейбір жағдайларда, жобалау талаптары дәстүрлі жобалау әдістерін қолдануға жеткілікті ақпаратты қамтамасыз етпейді. Мысалы, талаптар тек нысаналық аппараттың күтілетін әрекетін ғана көрсете алады. Басқа жағдайларда, қолданыстағы схемаға бейімделу қажет, яғни, конфигурациясын қателерді жою немесе өзгеріп жатқан жұмыс ортасына сай келтіру үшін өзгерту қажет. Мысалы, алыс ғарышқа жіберілетін ғарыш зондтары күрт жоғары сәулелену ортасына тап болуы мүмкін, бұл схеманың жұмысын өзгертеді; схема бастапқы әрекетін мүмкіндігінше қалпына келтіру үшін өзін-өзі бейімдеуі керек.
Болашақтағы зерттеу бағыттары
Эволюцияланатын аппараттық проблемалар екі санатқа бөлінеді: бастапқы жобалау және бейімделетін жүйелер. Бастапқы жобалау эволюциялық алгоритмдерді алдын ала анықталған талаптарға сай келетін жүйені жобалау үшін пайдаланады. Бейімделетін жүйелер ақауларды жою немесе өзгерген операциялық ортаға бейімделу үшін қолданыстағы жобаны қайта конфигурациялайды. Цифрлық жүйелердің бастапқы жобалауы аса қызығушылық тудырмайды, себебі индустрия қазірдің өзінде өте күрделі тізбектерді синтездеуге қабілетті. Мысалы, интеллектуалдық меншік ядроларын сатып алып, USB порты тізбектерін, Ethernet микроконтроллерлерін және тіпті толыққанды RISC процессорларын синтездеуге болады. Бастапқы жобалауға қатысты кейбір зерттеулер әлі де пайдалы нәтижелер береді, мысалы, генетикалық алгоритмдер қолмен жасалған нұсқаларынан артыққан интеграцияланған қателерді анықтау мүмкіндігі бар логикалық жүйелерді жобалау үшін қолданылды. Аналогтық тізбектердің бастапқы жобалауы әлі де зерттеудің кең аймағы болып табылады. Шындығында, аналогтық жобалау индустриясы цифрлық жобалау индустриясымен салыстырғанда әлдеқайда кем дамыған. Бейімделетін жүйелер үлкен қызығушылық тудырған және осы қызығушылық сақталып келеді.