Οι μηχανικοί κατασκευάζουν τσιπ AI με δυνατότητα στοίβαξης και επαναδιαμόρφωσης

Μια ομάδα μηχανικών στο MIT κατασκεύασε ένα νέο τσιπ τεχνητής νοημοσύνης με σχεδίαση που μπορεί να στοιβάζεται και να διαμορφώνεται ξανά, το οποίο βοηθά στην ανταλλαγή και την αξιοποίηση υπαρχόντων αισθητήρων και επεξεργαστών νευρωνικών δικτύων. 

Το νέο τσιπ AI θα μπορούσε να βοηθήσει στην επίτευξη ενός πιο βιώσιμου μέλλοντος όπου τα κινητά τηλέφωνα, τα έξυπνα ρολόγια και άλλες φορητές συσκευές δεν χρειάζεται να απορρίπτονται για ένα νεότερο μοντέλο. Θα μπορούν να αναβαθμιστούν με νέους αισθητήρες και επεξεργαστές που κουμπώνουν στο εσωτερικό τσιπ μιας συσκευής. Τα αναδιαμορφώσιμα τσιπ τεχνητής νοημοσύνης όπως αυτά θα διατηρούν τις συσκευές ενημερωμένες και θα μειώνουν τα ηλεκτρονικά απόβλητα. 

Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο Φύση Ηλεκτρονικά. 

Σχεδιάζοντας το Chip

Ο σχεδιασμός του τσιπ που μοιάζει με LEGO περιλαμβάνει εναλλασσόμενα στρώματα στοιχείων αίσθησης και επεξεργασίας, καθώς και διόδους εκπομπής φωτός (LED) που επιτρέπουν στα στρώματα του τσιπ να επικοινωνούν οπτικά. 

Αυτός ο νέος σχεδιασμός χρησιμοποιεί φως αντί για φυσικά καλώδια για τη μετάδοση πληροφοριών μέσω του τσιπ, το οποίο επιτρέπει στο τσιπ να αναδιαρθρωθεί, με τα στρώματα να εναλλάσσονται ή να στοιβάζονται. Αυτό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την προσθήκη νέων αισθητήρων ή ενημερωμένων επεξεργαστών. 

Ο Jihoon Kang είναι μεταδιδάκτορας του MIT. 

«Μπορείτε να προσθέσετε όσα στρώματα υπολογιστών και αισθητήρες θέλετε, όπως φως, πίεση, ακόμη και οσμή», λέει ο Kang. «Το ονομάζουμε αυτό ένα τσιπ τεχνητής νοημοσύνης που μοιάζει με LEGO, επειδή έχει απεριόριστη δυνατότητα επέκτασης ανάλογα με τον συνδυασμό των επιπέδων».

Οι ερευνητές θα προσπαθήσουν να εφαρμόσουν τη σχεδίαση σε υπολογιστικές συσκευές αιχμής, αυτάρκεις συσκευές και άλλα ηλεκτρονικά που λειτουργούν ανεξάρτητα από έναν κεντρικό ή κατανεμημένο πόρο. 

Ο Jeehwan Kim είναι αναπληρωτής καθηγητής μηχανολογίας στο MIT. 

«Καθώς εισερχόμαστε στην εποχή του Διαδικτύου των πραγμάτων που βασίζεται σε δίκτυα αισθητήρων, η ζήτηση για πολυλειτουργικές συσκευές υπολογιστών αιχμής θα επεκταθεί δραματικά», λέει ο Kim. "Η προτεινόμενη αρχιτεκτονική υλικού μας θα παρέχει υψηλή ευελιξία στον υπολογισμό αιχμής στο μέλλον."

Ο νέος σχεδιασμός έχει διαμορφωθεί για να εκτελεί βασικές εργασίες αναγνώρισης εικόνας μέσω μιας διαστρωμάτωσης αισθητήρων εικόνας, LED και επεξεργαστών κατασκευασμένων από τεχνητές συνάψεις. Οι ερευνητές συνδύασαν αισθητήρες εικόνας με τεχνητές συστοιχίες συνάψεων, με κάθε συστοιχία να εκπαιδεύεται να αναγνωρίζει ορισμένα γράμματα. Η ομάδα κατάφερε να επιτύχει επικοινωνία μεταξύ των στρωμάτων χωρίς να χρειάζεται φυσική σύνδεση. 

Ο Hyunseok Kim είναι μεταδιδάκτορας του MIT. 

«Άλλα τσιπ είναι φυσικά καλωδιωμένα μέσω του μετάλλου, γεγονός που καθιστά δύσκολη την επανακαλωδίωση και τον επανασχεδιασμό τους, επομένως θα πρέπει να φτιάξετε ένα νέο τσιπ εάν θέλετε να προσθέσετε κάποια νέα λειτουργία», λέει ο Kim. «Αντικαταστήσαμε αυτή τη φυσική καλωδιακή σύνδεση με ένα σύστημα οπτικής επικοινωνίας, το οποίο μας δίνει την ελευθερία να στοιβάζουμε και να προσθέτουμε μάρκες όπως θέλουμε».

Αυτό το οπτικό σύστημα επικοινωνίας αποτελείται από ζευγαρωμένους φωτοανιχνευτές και LED, ο καθένας με μοτίβο με μικροσκοπικά pixel. Οι φωτοανιχνευτές αποτελούν έναν αισθητήρα εικόνας για τη λήψη δεδομένων και τα LED για τη μετάδοση δεδομένων στο επόμενο στρώμα. Όταν ένα σήμα φτάνει στον αισθητήρα εικόνας, το μοτίβο φωτός της εικόνας κωδικοποιεί μια διαμόρφωση εικονοστοιχείων LED που στη συνέχεια διεγείρει ένα άλλο στρώμα φωτοανιχνευτών, μαζί με μια τεχνητή διάταξη συνάψεων που ταξινομεί το σήμα με βάση το σχέδιο και την ισχύ του φωτός LED. 

Δημιουργία ενός στοιβαζόμενου τσιπ

Το κατασκευασμένο τσιπ έχει έναν υπολογιστικό πυρήνα μεγέθους περίπου 4 τετραγωνικών χιλιοστών και στοιβάζεται με τρία «μπλοκ» αναγνώρισης εικόνας, με το καθένα να περιλαμβάνει έναν αισθητήρα εικόνας, ένα στρώμα οπτικής επικοινωνίας και μια τεχνητή διάταξη συνάψεων για ταξινόμηση. 

Ο Min-Kyu Song είναι άλλος μεταδιδακτορικός του MIT. 

«Δείξαμε δυνατότητα στοίβαξης, δυνατότητα αντικατάστασης και δυνατότητα εισαγωγής μιας νέας λειτουργίας στο τσιπ», λέει ο Song.

Οι ερευνητές θα προσπαθήσουν τώρα να προσθέσουν περισσότερες δυνατότητες ανίχνευσης και επεξεργασίας στο τσιπ. 

«Μπορούμε να προσθέσουμε στρώματα στην κάμερα ενός κινητού τηλεφώνου ώστε να αναγνωρίζει πιο σύνθετες εικόνες ή να τις μετατρέπουμε σε οθόνες υγειονομικής περίθαλψης που μπορούν να ενσωματωθούν σε φορητό ηλεκτρονικό δέρμα», λέει ο Τσόι. 

Η ομάδα λέει ότι τα αρθρωτά τσιπ θα μπορούσαν να ενσωματωθούν στα ηλεκτρονικά και να επιτρέψουν στους καταναλωτές να επιλέξουν να δημιουργήσουν τα πιο πρόσφατα "τούβλα" αισθητήρων και επεξεργαστών. 

«Μπορούμε να φτιάξουμε μια γενική πλατφόρμα τσιπ και κάθε στρώμα θα μπορούσε να πωληθεί ξεχωριστά σαν βιντεοπαιχνίδι», λέει ο Jeehwan Kim. «Θα μπορούσαμε να φτιάξουμε διαφορετικούς τύπους νευρωνικών δικτύων, όπως για την αναγνώριση εικόνας ή φωνής, και να αφήσουμε τον πελάτη να επιλέξει αυτό που θέλει και να προσθέσει σε ένα υπάρχον τσιπ όπως ένα LEGO».