Insinöörit rakentavat pinottavan ja uudelleenkonfiguroitavan tekoälypiirin

MIT:n insinöörit ovat kehittäneet uuden tekoälypiirin, jonka rakenne on pinottava ja uudelleenkonfiguroitava, mikä auttaa vaihtamaan olemassa olevat anturit ja neuroverkkoprosessorit ja täydentämään niitä.

Uusi tekoälypiiri voi auttaa saavuttamaan kestävän tulevaisuuden, jossa matkapuhelimet, älykellot ja muut puettavat laitteet ei tarvitse heittää pois uuden mallin vuoksi. Niitä voisi päivittää uusilla antureilla ja prosessoreilla, jotka kiinnittyvät laitteen sisäiseen piiriin. Uudelleenmääriteltävissä olevat tekoälypiirit pitävät laitteet ajan tasalla ja vähentävät sähköjätettä.

Tutkimustulokset julkaistiin Nature Electronics -julkaisussa.

Piirin suunnittelu

Piirin LEGO-tyylinen suunnittelu koostuu anturien ja prosessoreiden vuorottelevista kerroksista, sekä valoa lähettävistä diodeista (LED), jotka mahdollistavat piirin kerrosten optisen viestinnän.

Tässä uudessa suunnittelussa käytetään valoa fyysisten johtimien sijasta tietojen välittämiseen piirin läpi, mikä mahdollistaa piirin uudelleenmäärittelyn, jossa kerrokset voidaan vaihtaa tai pinottaa. Tätä voidaan käyttää uusien anturien tai päivitettyjen prosessoreiden lisäämiseen.

Jihoon Kang on MIT:n väitöskirjan jälkeinen tutkija.

“Voit lisätä niin monta laskentakerrosta ja anturia kuin haluat, kuten valoa, painetta ja jopa hajua”, sanoo Kang. “Kutsumme tätä LEGO-tyyppiseksi uudelleenmääriteltävissä olevaksi tekoälypiiriksi, koska siinä on rajaton laajentumismahdollisuus kerrosten yhdistelmän mukaan.”

Tutkijat aikovat soveltaa suunnittelua reunatietokoneisiin, itsenäisiin laitteisiin ja muihin sähköisiin laitteisiin, jotka toimivat itsenäisesti keskitetystä tai hajautetusta resurssista.

Jeehwan Kim on MIT:n mekaniikan apulaisprofessori.

“Kun siirrymme kohti asioiden internetiä, joka perustuu anturiverkkoihin, monitoimisten reunatietokoneiden kysyntä laajenee dramaattisesti”, sanoo Kim. “Meidän ehdottamamme laitteistosuunnittelu tarjoaa korkean joustavuuden reunatietokoneissa tulevaisuudessa.”

Uusi suunnittelu on määritetty suorittamaan perustason kuvantunnistustehtäviä kuvantunnistimien, LED-valojen ja prosessoreiden kerrosten avulla, jotka on valmistettu keinotekoisista synapseista. Tutkijat parittivat kuvantunnistimet keinotekoisten synapsien matriisien kanssa, joista kukin oli opetettu tunnistamaan tiettyjä kirjaimia. Tutkijaryhmä pystyi saavuttamaan viestinnän kerrosten välillä ilman fyysistä yhteyttä.

Hyunseok Kim on MIT:n väitöskirjan jälkeinen tutkija.

“Muut piirit on kytketty fyysisesti metallin kautta, mikä tekee niiden uudelleenkytkennän ja uudelleensuunnittelun vaikeaksi, joten sinun pitäisi valmistaa uusi piiri, jos haluat lisätä uuden toiminnon”, sanoo Kim. “Korvasimme fyysisen johtimien yhteyden optisella viestintäjärjestelmällä, joka antaa meille vapauden pinottaa ja lisätä piirejä haluamallamme tavalla.”

Tämä optinen viestintäjärjestelmä koostuu pareittain olevista valoa havaitsevista antureista ja LED-valoista, joissa kussakin on pieniä pikseleitä. Valoa havaitsevat anturit muodostavat kuvantunnistimen, joka vastaanottaa tietoja, ja LED-valot lähettävät tietoja seuraavaan kerrokseen. Kun signaali saapuu kuvantunnistimeen, kuvan valokuvio koodaa LED-pikseleiden konfiguraation, joka stimuloi toisen kerroksen valoa havaitsevia antureita ja keinotekoisten synapsien matriisia, joka luokittelee signaalin LED-valon kuvion ja voimakkuuden perusteella.

Pinottavan piirin luominen

Valmistetussa piirissä on noin 4 neliömillimetrin kokoinen laskentaydin, ja siihen on pinottu kolme kuvantunnistus”lohkoa”, joista kussakin on kuvantunnistin, optinen viestintäkerros ja keinotekoisten synapsien matriisi luokittelua varten.

Min-Kyu Song on toinen MIT:n väitöskirjan jälkeinen tutkija.

“Osoitimme pinottavuuden, korvattavuuden ja kyvyn lisätä uusi toiminto piiriin”, sanoo Song.

Tutkijat aikovat nyt lisätä piiriin lisää tunnistus- ja käsittelyominaisuuksia.

“Voimme lisätä kerroksia matkapuhelimen kameraan, jotta se voisi tunnistaa monimutkaisempia kuvia, tai tehdä niistä terveydenhuollon seurantalaitteita, jotka voidaan upottaa puettavaan elektroniseen ihoon”, sanoo Choi.

Tutkijaryhmä sanoo, että modulaariset piirit voitaisiin rakentaa laitteisiin ja antaa kuluttajille mahdollisuuden täydentää niitä uusimmilla anturi- ja prosessori”palikoilla”.

“Voimme luoda yleisen piiripohjan, ja kukin kerros voidaan myydä erikseen kuin videopeli”, sanoo Jeehwan Kim. “Voimme luoda erilaisia neuroverkkoja, kuten kuvan- tai äänen tunnistamiseen, ja antaa asiakkaan valita, mitä he haluavat, ja lisätä olemassa olevaan piiriin kuin LEGO-palikkaan.”