Μηχανικοί κατασκευάζουν στοίβαξη και ανακατασκευάσιμο chip AI

Μια ομάδα μηχανικών στο MIT έχουν κατασκευάσει ένα νέο chip τεχνητής νοημοσύνης με ένα σχέδιο που είναι στοίβαξη και ανακατασκευάσιμο, το οποίο βοηθά να ανταλλάξει και να κατασκευάσει πάνω σε υπάρχοντα αισθητήρες και επεξεργαστές νευρωνικών δικτύων. 

Το νέο chip AI μπορεί να βοηθήσει να επιτύχει ένα πιο βιώσιμο μέλλον όπου τα κινητά τηλέφωνα, τα smart watches και άλλα φορητά 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. Ανακατασκευάσιμοι chip AI όπως αυτοί θα κρατήσουν τις συσκευές ενημερωμένες και θα μειώσουν τους ηλεκτρονικούς αποβλήτους. 

Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύθηκαν στο Nature Electronics. 

Σχεδιασμός του Chip

Ο σχεδιασμός του chip με στυλ LEGO αποτελείται από εναλλακτικές στρώσεις αισθητήρων και στοιχείων επεξεργασίας, καθώς και φωτοεκπομπείς διαόδους (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 ανακατασκευή του, με στρώσεις που ανταλλάσσονται ή στοίβαζονται. Αυτό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την προσθήκη νέων αισθητήρων ή αναβαθμισμένων επεξεργαστών. 

Ο Jihoon Kang είναι μεταδιδάκτωρ στο MIT. 

“Μπορείτε να προσθέσετε όσοι επεξεργαστές και αισθητήρες θέλετε, όπως για το φως, την πίεση και ακόμη και την όσφρηση,” λέει ο Kang. “Το ονομάζουμε LEGO-στυλ ανακατασκευάσιμο chip AI επειδή έχει απεριόριστη επεκτασιμότητα ανάλογα με την συνδυασμό των στρωμάτων.”

Οι ερευνητές θα επιδιώξουν να εφαρμόσουν τον σχεδιασμό σε συσκευές edge computing, αυτοδύναμες συσκευές και άλλα ηλεκτρονικά που λειτουργούν ανεξάρτητα από einen κεντρικό ή κατανεμημένο πόρο. 

Ο Jeehwan Kim είναι αναπληρωτής καθηγητής μηχανικής 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 μιας στρώσης αισθητήρων εικόνων, LED και επεξεργαστών που κατασκευάζονται από τεχνητές συναψεις. Οι ερευνητές ζευγάρωσαν αισθητήρες εικόνων με πίνακες τεχνητών συναψών, 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 ζευγαρωμένα φωτοανιχνευτές και LED, κάθε ένα από τα οποία έχει στυλιστεί με μικρά pixel. Οι φωτοανιχνευτές αποτελούν einen 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 einen πίνακα τεχνητών συναψών που ταξινομεί το σήμα με βάση το πρότυπο και την ένταση του φωτός LED. 

Δημιουργία ενός Στοίβαξιμου Chip

Το κατασκευασμένο chip έχει einen επεξεργαστή πυρήνα που μετρά περίπου 4 τετραγωνικά χιλιοστά, και είναι στοιβασμένο με τρία μπλοκ αναγνώρισης εικόνων, με κάθε ένα να αποτελείται από einen αισθητήρα εικόνων, οπτικό στρώμα επικοινωνίας και πίνακα τεχνητών συναψών 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 eines κινητού τηλεφώνου ώστε να αναγνωρίζει πιο σύνθετες εικόνες, ή να τις κάνουμε να γίνουν μονιτορές υγείας που μπορούν να ενσωματωθούν σε φορητές ηλεκτρονικές δέρματα,” λέει ο Choi. 

Η ομάδα λέει ότι οι modυλικοί chip θα μπορούσαν να κατασκευαστούν σε ηλεκτρονικές συσκευές και να επιτρέψουν στους καταναλωτές να επιλέξουν να κατασκευάσουν με τα τελευταία “κτίρια” 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 einen υπάρχοντα chip όπως ένα LEGO.”