Inženýři vytvářejí stohovatelný a rekonfigurovatelný čip AI

Tým inženýrů z MIT vytvořil nový čip umělé inteligence se stohovatelnou a rekonfigurovatelnou konstrukcí, která umožňuje výměnu a rozšiřování stávajících senzorů a procesorů neuronových sítí.

Nový AI čip by mohl pomoci dosáhnout udržitelnější budoucnosti, ve které nemusí být mobilní telefony, chytré hodinky a další nositelná zařízení likvidována pro novější model. Mohly by být upgradovány novými senzory a procesory, které se připojují k vnitřnímu čipu zařízení. Rekonfigurovatelné AI čipy by udržovaly zařízení aktuální a snižovaly elektronický odpad.

Výsledky výzkumu byly zveřejněny v Nature Electronics.

Navrhování čipu

LEGO-podobný design čipu se skládá ze střídajících se vrstev senzorových a výpočetních prvků, stejně jako světelných diod (LED), které umožňují komunikaci mezi vrstvami čipu opticky.

Tento nový design používá světlo místo fyzických vodičů pro přenos informací skrze čip, což umožňuje rekonfiguraci čipu, s vrstvami, které se vyměňují nebo skládají na sebe. To by mohlo být použito pro přidání nových senzorů nebo aktualizovaných procesorů.

Jihoon Kang je postdoktorand na MIT.

“Můžete přidat tolik výpočetních vrstev a senzorů, kolik chcete, jako například pro světlo, tlak a dokonce i zápach,” říká Kang. “Tento čip nazýváme LEGO-podobným rekonfigurovatelným AI čipem, protože má neomezenou rozšiřitelnost v závislosti na kombinaci vrstev.”

Výzkumníci se nyní budou snažit aplikovat design na zařízení edge computingu, samostatná zařízení a další elektroniku, která funguje nezávisle na centrálním nebo distribuovaném zdroji.

Jeehwan Kim je docent mechanického inženýrství na MIT.

“Jakmile vstoupíme do éry internetu věcí založeného na senzorových sítích, poptávka po multifunkčních zařízeních edge computingu se dramaticky zvýší,” říká Kim. “Naše navrhovaná hardwarová architektura poskytne vysokou flexibilitu edge computingu v budoucnosti.”

Nový design je nakonfigurován pro základní úkoly rozpoznávání obrazů prostřednictvím vrstev obrazových senzorů, LED a procesorů vyrobených z umělých synapsí. Výzkumníci spárovali obrazové senzory s umělými synaptickými poli, s každým polem, které bylo vyškoleno pro rozpoznání určitých písmen. Tým byl schopen dosáhnout komunikace mezi vrstvami bez potřeby fyzického připojení.

Hyunseok Kim je postdoktorand na MIT.

“Ostatní čipy jsou fyzicky propojeny kovem, což je dělá obtížně přepojitelnými a přestavovatelnými, takže byste museli vytvořit nový čip, pokud byste chtěli přidat jakoukoli novou funkci,” říká Kim. “Nahradili jsme fyzické propojení optickým komunikačním systémem, který nám dává svobodu skládat na sebe a přidávat čipy, jak chceme.”

Tento optický komunikační systém se skládá z párovaných fotodetektorů a LED, každý z nich je opatřen malými pixely. Fotodetektory tvoří obrazový senzor pro příjem dat a LED pro přenos dat do další vrstvy. Když signál dosáhne obrazového senzoru, světelný vzor obrazu kóduje konfiguraci LED pixelů, které poté stimulují další vrstvu fotodetektorů, spolu s umělým synaptickým polem, které klasifikuje signál na základě vzoru a síly LED světla.

Vytvoření stohovatelného čipu

Vyvinutý čip má výpočetní jádro o velikosti asi 4 čtverečních milimetrů a obsahuje tři na sobě uložené bloky rozpoznávání obrazů, z nichž každý se skládá z obrazového senzoru, optické komunikační vrstvy a umělého synaptického pole pro klasifikaci.

Min-Kyu Song je další postdoktorand na MIT.

“Prokázali jsme stohovatelnost, nahraditelnost a schopnost vložit novou funkci do čipu,” říká Song.

Výzkumníci se nyní budou snažit přidat více senzorických a výpočetních schopností do čipu.

“Můžeme přidat vrstvy do kamery mobilního telefonu, aby rozpoznala složitější obrazy, nebo je můžeme udělat jako zdravotnické monitory, které lze vložit do nositelné elektronické kůže,” říká Choi.

Tým říká, že modulární čipy by mohly být zabudovány do elektroniky a umožnit spotřebitelům zvolit si rozšíření pomocí nejnovějších senzorových a procesorových „cihel“.

“Můžeme vytvořit obecnou čipovou platformu a každou vrstvu prodat zvlášť, jako videohru,” říká Jeehwan Kim. “Můžeme vytvořit různé typy neuronových sítí, jako například pro rozpoznávání obrazů nebo hlasu, a umožnit zákazníkovi vybrat, co chce, a přidat k existujícímu čipu, jako LEGO.”