Diseñan chip para agilizar procesos en la industria

Montserrat Muñoz

Cuando habla por celular, lo que escucha la otra persona en su bocina no es directamente la voz. En realidad, el teléfono reinterpreta la voz como información binaria y la envía a través de frecuencias a las torres de teléfonos celulares, que a su vez amplifican la señal y la direccionan hacia el celular receptor, el cual decodifica la información para traducirla nuevamente en sonido.

Para procesar estas señales, es necesario hacer una serie de cálculos, entre los cuales están la raíz cuadrada y su función inversa. Normalmente, estas operaciones matemáticas se implementan utilizando instrucciones de software del procesador de cada teléfono, por lo que investigadores del Departamento de Electrónica, Sistemas e Informática (DESI) del ITESO idearon una manera de incorporar esta función en un chip digital que acelera este cálculo y que, por tanto, hace más eficiente el procesamiento de señales.

El cálculo de la raíz cuadrada y su función inversa se utiliza en otras aplicaciones que pueden ser utilizadas en diversas áreas relacionadas, principalmente, con la industria tecnológica, tales como la inteligencia artificial, machine learning, comunicaciones digitales y videojuegos, entre otras. Este chip digital se puede incorporar a este tipo de sistemas, señala Omar Longoria, profesor del DESI.

"Se trata de un desarrollo en el que la idea, la implementación, el algoritmo, el diseño y la validación son 100 por ciento mexicanas", añade Longoria.

Aunque el algoritmo está originalmente montado en un chip de 130 nanómetros que opera a 50 megahercios, convirtiéndolo en un desarrollo de bajo consumo energético, la industria puede adaptar este desarrollo a otras necesidades.

Cuauhtémoc Rafael Aguilera Galicia, también profesor del DESI y estudiante del Doctorado en Ciencias de la Ingeniería, destaca que el diseño del chip permite generar un nuevo resultado en dos ciclos de reloj, unidad base de medida de la velocidad de una computadora, cuando un procesador puede llevarse de seis a diez ciclos en el mismo proceso.

"Esto ahorra tiempo y suma eficiencia, porque al producir más operaciones en menos ciclos de reloj se ahorra energía, que es una variable muy importante en los diseños actuales. Cada vez más se desea que los diseños consuman menos energía para darle más autonomía a los equipos", menciona.

José Luis Pizano Escalante, coordinador de la Licenciatura en Ingeniería Electrónica, señala que la principal característica del desarrollo es que la operación matemática está implementada directamente en una pieza de hardware, "no la realiza un procesador, como normalmente sucede. Eso la hace sumamente rápida".

Esta tecnología, trabajada en colaboración con investigadores del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (Cinvestav) Unidad Guadalajara y de la Universidad de Quintana Roo, derivó en una patente otorgada en marzo de 2018 bajo el nombre "Cálculo rápido del recíproco de la raíz cuadrada en punto fijo", así como en una publicación en la revista indexada Integration, the VLSI Journal.

El ITESO, pionero en diseño digital

Con desarrollos como este y el trabajo realizado por alumnos, académicos y egresados de Ingeniería Electrónica y de programas académicos como la Maestría en Diseño Electrónico y las especialidades en Sistemas Embebidos y en Diseño de Sistemas en Chip, el ITESO se ha convertido en una institución pionera en el país en materia de diseño digital de circuitos integrados.

"Existen instituciones y centros de investigación que han trabajado fuertemente en el tema, pero más enfocados al desarrollo de circuitos integrados analógicos", recuerda Longoria, quien agrega que ese también fue el punto de partida para que la universidad comenzara a impartir diversos programas de posgrado.