Μηχανικοί κατασκευάζουν στοιβαζόμενο και αναδιαμορφώσιμο chip AI

Μια ομάδα μηχανικών στο MIT έχει κατασκευάσει ένα νέο chip τεχνητής νοημοσύνης με έναν σχεδιασμό που επιτρέπει τη στοίβαξη και την αναδιαμόρφωση, διευκολύνοντας την αντικατάσταση και επέκταση των υπαρχόντων αισθητήρων και επεξεργαστών νευρωνικών δικτύων. 

Το νέο chip AI μπορεί να συμβάλει στην επίτευξη ένα πιο βιώσιμο μέλλον όπου τα κινητά τηλέφωνα, τα smart watches και άλλες φορετές συσκευές δεν χρειάζεται να απορρίπτονται για ένα καινούριο μοντέλο. Θα μπορούσαν να αναβαθμιστούν με νέους αισθητήρες και επεξεργαστές που συνδέονται με το εσωτερικό chip της συσκευής. Αναδιαμορφώσιμα chip AI όπως αυτά θα κρατήσουν τις συσκευές ενημερωμένες και θα μειώσουν τα ηλεκτρονικά απόβλητα. 

Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύθηκαν στο Nature Electronics. 

Σχεδιασμός του Chip

Ο σχεδιασμός του chip με στυλ LEGO αποτελείται από εναλλασσόμενες στρώσεις αισθητήρων και στοιχείων επεξεργασίας, καθώς και φωτοεκπέμπουσες διόδους (LED) που επιτρέπουν στις στρώσεις του chip να επικοινωνούν οπτικά. 

Αυτός ο νέος σχεδιασμός χρησιμοποιεί το φως αντί για φυσικά καλώδια για τη μετάδοση πληροφοριών μέσω του chip, το οποίο επιτρέπει την αναδιαμόρφωσή του, με στρώσεις που ανταλλάσσονται ή στοιβάζονται. Αυτό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την προσθήκη νέων αισθητήρων ή αναβαθμισμένων επεξεργαστών. 

Ο Jihoon Kang είναι μεταδιδάκτωρ στο MIT. 

“Μπορείτε να προσθέσετε όσες υπολογιστικές στρώσεις και όσους αισθητήρες θέλετε, όπως για το φως, την πίεση και ακόμη και την όσφρηση,” λέει ο Kang. “Το ονομάζουμε αναδιαμορφώσιμο τύπου LEGO chip AI επειδή έχει απεριόριστη επεκτασιμότητα ανάλογα με τον συνδυασμό των στρωμάτων.”

Οι ερευνητές θα επιδιώξουν να εφαρμόσουν τον σχεδιασμό σε συσκευές edge computing, αυτοδύναμες 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 internet των πραγμάτων με βάση τα δίκτυα αισθητήρων, η ζήτηση για πολυλειτουργικές συσκευές edge computing θα αυξηθεί δραματικά,” λέει ο Kim. “Η προτεινόμενη αρχιτεκτονική μας θα παρέχει υψηλή ευελιξία του edge computing στο μέλλον.”

Ο νέος σχεδιασμός είναι ρυθμισμένος για να εκτελέσει βασικές εργασίες αναγνώρισης εικόνων μέσω διαδοχικών στρώσεων αισθητήρων εικόνων, LED και επεξεργαστών που κατασκευάζονται από τεχνητές συνάψεις. Οι ερευνητές ζευγάρωσαν αισθητήρες εικόνων με πίνακες τεχνητών συνάψεων, με κάθε πίνακα να έχει εκπαιδευτεί για να αναγνωρίσει συγκεκριμένα γράμματα. Η ομάδα ήταν σε θέση να επιτύχει επικοινωνία μεταξύ των στρωμάτων χωρίς να χρειάζεται φυσική σύνδεση. 

Ο Hyunseok Kim είναι μεταδιδάκτωρ στο MIT. 

“Άλλα chip είναι φυσικά συνδεδεμένα μέσω μετάλλου, το οποίο τα κάνει δύσκολο να ξανασυνδεθούν και να ξανασχεδιαστούν, οπότε θα χρειαζόταν να κατασκευάσετε ένα νέο chip αν θέλατε να προσθέσετε οποιαδήποτε νέα λειτουργία,” λέει ο Kim. “Αντικαταστήσαμε αυτή τη φυσική σύνδεση καλωδίου με ένα οπτικό σύστημα επικοινωνίας, το οποίο μας δίνει την ελευθερία να στοιβάζουμε και να προσθέτουμε chip όπως θέλουμε.”

Αυτό το οπτικό σύστημα επικοινωνίας αποτελείται από ζευγαρωμένους φωτοανιχνευτές και LED, κάθε ένα από τα οποία έχει διαμορφωθεί με μικρά pixel. Οι φωτοανιχνευτές αποτελούν έναν αισθητήρα εικόνων για τη λήψη δεδομένων, και LED για τη μετάδοση δεδομένων στο επόμενο στρώμα. Όταν ένα σήμα φτάσει στον αισθητήρα εικόνων, το πρότυπο φωτός της εικόνας κωδικοποιεί μια διαμόρφωση pixel LED που στη συνέχεια διεγείρει ένα άλλο στρώμα φωτοανιχνευτών, μαζί με έναν πίνακα τεχνητών συνάψεων που ταξινομεί το σήμα με βάση το πρότυπο και την ένταση του φωτός LED. 

Δημιουργία ενός Στοίβαξιμου Chip

Το κατασκευασμένο chip έχει έναν υπολογιστικό πυρήνα που μετρά περίπου 4 τετραγωνικά χιλιοστά, και είναι στοιβασμένο με τρία μπλοκ αναγνώρισης εικόνων, με κάθε ένα να αποτελείται από έναν αισθητήρα εικόνων, οπτικό στρώμα επικοινωνίας και πίνακα τεχνητών συνάψεων για ταξινόμηση. 

Ο Min-Kyu Song είναι ένας άλλος μεταδιδάκτωρ στο MIT. 

“Επιδείξαμε στοίβαξη, αντικαταστάσιμότητα και την ικανότητα να εισαγάγουμε μια νέα λειτουργία στο chip,” λέει ο Song.

Οι ερευνητές θα επιδιώξουν να προσθέσουν περισσότερες ικανότητες αισθητήρων και επεξεργασίας στο chip. 

“Μπορούμε να προσθέσουμε στρώσεις στην κάμερα ενός κινητού τηλεφώνου ώστε να αναγνωρίζει πιο σύνθετες εικόνες, ή να τις κάνουμε να γίνουν συσκευές παρακολούθησης της υγείας που μπορούν να ενσωματωθούν σε φορετό ηλεκτρονικό δέρμα,” λέει ο Choi. 

Η ομάδα λέει ότι τα αρθρωτά chip θα μπορούσαν να κατασκευαστούν σε ηλεκτρονικές συσκευές και να επιτρέψουν στους καταναλωτές να επιλέξουν να κατασκευάσουν με τα πιο σύγχρονα “δομικά στοιχεία” αισθητήρων και επεξεργαστών. 

“Μπορούμε να κατασκευάσουμε μια γενική πλατφόρμα chip, και κάθε στρώμα θα μπορούσε να πωληθεί ξεχωριστά όπως ένα βιντεοπαιχνίδι,” λέει ο Jeehwan Kim. “Μπορούμε να κατασκευάσουμε διαφορετικά είδη νευρωνικών δικτύων, όπως για αναγνώριση εικόνων ή φωνής, και να αφήσουμε τον πελάτη να επιλέξει τι θέλει, και να προσθέσουμε σε ένα υπάρχον chip όπως ένα LEGO.”