Ingenieros construyen un chip de inteligencia artificial apilable y reconfigurable

Un equipo de ingenieros del MIT ha construido un nuevo chip de inteligencia artificial con un diseño que es apilable y reconfigurable, lo que ayuda a intercambiar y construir sobre sensores y procesadores de redes neuronales existentes.

El nuevo chip de inteligencia artificial podría ayudar a lograr un futuro más sostenible en el que los teléfonos celulares, los relojes inteligentes y otros dispositivos portátiles no tengan que ser descartados por un modelo más nuevo. Podrían ser actualizados con nuevos sensores y procesadores que se conectan a la parte interna del chip del dispositivo. Los chips de inteligencia artificial reconfigurables como estos mantendrían a los dispositivos actualizados y reducirían los residuos electrónicos.

Los resultados de la investigación se publicaron en Nature Electronics.

Diseñando el chip

El diseño similar a LEGO del chip comprende capas alternas de elementos de detección y procesamiento, así como diodos emisores de luz (LED) que permiten que las capas del chip se comuniquen ópticamente.

Este nuevo diseño utiliza la luz en lugar de cables físicos para transmitir información a través del chip, lo que permite que el chip se reconfigure, con capas que se intercambian o se apilan. Esto podría usarse para agregar nuevos sensores o procesadores actualizados.

Jihoon Kang es un becario postdoctoral del MIT.

“Puedes agregar tantas capas de computación y sensores como quieras, como para la luz, la presión y incluso el olor”, dice Kang. “Llamamos a esto un chip de inteligencia artificial reconfigurable similar a LEGO porque tiene una expansibilidad ilimitada dependiendo de la combinación de capas”.

Los investigadores buscarán aplicar el diseño a dispositivos de computación de borde, dispositivos autónomos y otros dispositivos electrónicos que funcionan de forma independiente de un recurso central o distribuido.

Jeehwan Kim es profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT.

“A medida que entramos en la era de la internet de las cosas basada en redes de sensores, la demanda de dispositivos de computación de borde multifuncionales aumentará dramáticamente”, dice Kim. “Nuestra arquitectura de hardware propuesta proporcionará una gran versatilidad en la computación de borde en el futuro”.

El nuevo diseño está configurado para realizar tareas básicas de reconocimiento de imágenes a través de una capa de sensores de imagen, LED y procesadores hechos de sinapsis artificiales. Los investigadores emparejaron sensores de imagen con matrices de sinapsis artificiales, con cada matriz entrenada para reconocer ciertas letras. El equipo logró la comunicación entre las capas sin necesidad de una conexión física.

Hyunseok Kim es un becario postdoctoral del MIT.

“Otros chips están conectados físicamente a través del metal, lo que los hace difíciles de volver a cablear y rediseñar, así que necesitarías hacer un nuevo chip si quisieras agregar cualquier función nueva”, dice Kim. “Reemplazamos la conexión de cable físico con un sistema de comunicación óptica, lo que nos da la libertad de apilar y agregar chips como queramos”.

Este sistema de comunicación óptica consiste en fotodetectores y LED emparejados, cada uno con píxeles pequeños. Los fotodetectores constituyen un sensor de imagen para recibir datos, y los LED para transmitir datos a la siguiente capa. Cuando una señalización llega al sensor de imagen, el patrón de luz de la imagen codifica una configuración de píxeles de LED que luego estimula otra capa de fotodetectores, junto con una matriz de sinapsis artificiales que clasifica la señalización según el patrón y la intensidad de la luz de LED.

Creando un chip apilable

El chip fabricado tiene un núcleo de computación que mide aproximadamente 4 milímetros cuadrados, y se apila con tres “bloques” de reconocimiento de imágenes, con cada uno que comprende un sensor de imagen, una capa de comunicación óptica y una matriz de sinapsis artificiales para la clasificación.

Min-Kyu Song es otro becario postdoctoral del MIT.

“Demostramos la capacidad de apilar, reemplazar y insertar una nueva función en el chip”, dice Song.

Los investigadores ahora buscarán agregar más capacidades de detección y procesamiento al chip.

“Podemos agregar capas a la cámara de un teléfono celular para que pueda reconocer imágenes más complejas, o hacer que estos se conviertan en monitores de salud que se pueden integrar en la piel electrónica portátil”, dice Choi.

El equipo dice que los chips modulares podrían construirse en dispositivos electrónicos y permitir a los consumidores elegir construir con los últimos sensores y procesadores “ladrillos”.

“Podemos crear una plataforma de chip general, y cada capa podría venderse por separado como un videojuego”, dice Jeehwan Kim. “Podríamos hacer diferentes tipos de redes neuronales, como para el reconocimiento de imágenes o la voz, y dejar que el cliente elija lo que quiere, y agregar a un chip existente como un LEGO”.