يقوم المهندسون ببناء شريحة ذكاء اصطناعي قابلة للتكديس وإعادة التكوين

قام فريق من المهندسين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ببناء شريحة ذكاء اصطناعي جديدة بتصميم قابل للتكديس وإعادة التشكيل ، مما يساعد على التبديل والبناء على أجهزة الاستشعار الحالية ومعالجات الشبكة العصبية. 

يمكن أن تساعد شريحة الذكاء الاصطناعي الجديدة في تحقيق مستقبل أكثر استدامة حيث لا يتعين التخلص من الهواتف المحمولة والساعات الذكية والأجهزة الأخرى القابلة للارتداء للحصول على طراز أحدث. سيكونون قادرين على ترقيتهم بأجهزة استشعار ومعالجات جديدة تلتصق بالرقاقة الداخلية للجهاز. من شأن رقائق الذكاء الاصطناعي القابلة لإعادة التكوين مثل هذه أن تحافظ على تحديث الأجهزة وتقليل الفاقد الإلكتروني. 

تم نشر نتائج البحث في إلكترونيات الطبيعة. 

تصميم الشريحة

يشتمل التصميم الشبيه بـ LEGO للشريحة على طبقات متناوبة من عناصر الاستشعار والمعالجة ، بالإضافة إلى الثنائيات الباعثة للضوء (LED) التي تمكن طبقات الشريحة من التواصل بصريًا. 

يستخدم هذا التصميم الجديد الضوء بدلاً من الأسلاك المادية لنقل المعلومات عبر الشريحة ، مما يتيح إعادة تكوين الشريحة ، مع تبديل الطبقات أو تكديسها. يمكن استخدام هذا لإضافة أجهزة استشعار جديدة أو معالجات محدثة. 

جيهون كانغ هو باحث ما بعد الدكتوراة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. 

يقول كانغ: "يمكنك إضافة العديد من طبقات ومستشعرات الحوسبة كما تريد ، مثل الضوء والضغط وحتى الرائحة". "نطلق على هذا شريحة AI قابلة لإعادة التكوين تشبه LEGO لأنها تتمتع بإمكانية توسيع غير محدودة اعتمادًا على مجموعة الطبقات."

سيبحث الباحثون في تطبيق التصميم على أجهزة الحوسبة المتطورة ، وأجهزة الاكتفاء الذاتي ، وغيرها من الأجهزة الإلكترونية التي تعمل بشكل مستقل عن مورد مركزي أو موزع. 

جيهوان كيم هو أستاذ مساعد في الهندسة الميكانيكية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. 

يقول كيم: "مع دخولنا عصر إنترنت الأشياء الذي يعتمد على شبكات الاستشعار ، فإن الطلب على أجهزة الحوسبة المتطورة متعددة الوظائف سيتوسع بشكل كبير". "ستوفر بنية الأجهزة المقترحة لدينا براعة عالية للحوسبة المتطورة في المستقبل."

تم تكوين التصميم الجديد لتنفيذ المهام الأساسية للتعرف على الصور عبر طبقات من مستشعرات الصور ومصابيح LED والمعالجات المصنوعة من المشابك الاصطناعية. قام الباحثون بإقران مستشعرات الصور بمصفوفات المشابك الاصطناعية ، مع تدريب كل مجموعة على التعرف على أحرف معينة. كان الفريق قادرًا على تحقيق التواصل بين الطبقات دون الحاجة إلى اتصال مادي. 

Hyunseok Kim هو باحث ما بعد الدكتوراة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. 

يقول كيم: "تُوصَّل الشرائح الأخرى ماديًا عبر المعدن، مما يُصعِّب إعادة توصيلها وإعادة تصميمها، لذا ستحتاج إلى صنع شريحة جديدة لإضافة أي وظيفة جديدة". ويضيف: "استبدلنا هذا التوصيل السلكي المادي بنظام اتصال بصري، مما يمنحنا حرية تكديس وإضافة الشرائح بالطريقة التي نرغب بها".

يتكون نظام الاتصالات الضوئية هذا من أجهزة كشف ضوئية مقترنة ومصابيح LED ، كل منها مزخرف بوحدات بكسل صغيرة. تشكل أجهزة الكشف الضوئي مستشعر صورة لتلقي البيانات ، ومصابيح LED لنقل البيانات إلى الطبقة التالية. عندما تصل الإشارة إلى مستشعر الصورة ، يشفر نمط ضوء الصورة تكوين بكسلات LED التي تحفز بعد ذلك طبقة أخرى من أجهزة الكشف الضوئي ، جنبًا إلى جنب مع مصفوفة المشابك الاصطناعية التي تصنف الإشارة بناءً على نمط وقوة ضوء LED. 

إنشاء رقاقة قابلة للتكديس

تحتوي الرقاقة المصنعة على قلب حسابي يبلغ قياسه حوالي 4 ملليمترات مربعة ، وهي مكدسة بثلاث "كتل" للتعرف على الصور ، يشتمل كل منها على مستشعر صورة وطبقة اتصال بصري ومصفوفة مشابك اصطناعية من أجل التصنيف. 

مين كيو سونغ هو باحث آخر في مرحلة ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. 

يقول سونج: "لقد أظهرنا قابلية التكديس ، وإمكانية الاستبدال ، والقدرة على إدخال وظيفة جديدة في الشريحة".

سيتطلع الباحثون الآن إلى إضافة المزيد من قدرات الاستشعار والمعالجة إلى الشريحة. 

ويقول تشوي: "يمكننا إضافة طبقات إلى كاميرا الهاتف المحمول حتى تتمكن من التعرف على صور أكثر تعقيدًا، أو تحويلها إلى أجهزة مراقبة للرعاية الصحية يمكن دمجها في الجلد الإلكتروني القابل للارتداء". 

يقول الفريق إنه يمكن دمج الرقائق المعيارية في الإلكترونيات وتمكين المستهلكين من اختيار البناء باستخدام أحدث "طوب" أجهزة الاستشعار والمعالجات. 

يقول Jeehwan Kim: "يمكننا إنشاء منصة شرائح عامة ، ويمكن بيع كل طبقة بشكل منفصل مثل لعبة فيديو". "يمكننا إنشاء أنواع مختلفة من الشبكات العصبية ، مثل التعرف على الصور أو الصوت ، والسماح للعميل باختيار ما يريد ، والإضافة إلى شريحة موجودة مثل LEGO."