Insinöörit rakentavat pinottavat ja uudelleenmääriteltävissä olevat tekoälypiirit

MIT:n insinöörit ovat kehittäneet uuden tekoälypiirin, jonka suunnittelu on pinottava ja uudelleenmääriteltävissä, mikä auttaa vaihtamaan olemassa olevat anturit ja neurverkkoprosessorit.

Uusi tekoälypiiri voi auttaa saavuttamaan kestävän tulevaisuuden, jossa matkapuhelimet, älykellot ja muut kannettavat laitteet eivät 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 vuorotteluvista 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 jatko-opiskelija.

“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 keskus- tai jakeluresurssista.

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 tekoälysynapseista. Tutkijat parittivat kuvantunnistimet tekoälysynapsi-arryjen kanssa, joista kunkin arrayn oli opetettu tunnistamaan tiettyjä kirjaimia. Tutkijaryhmä pystyi saavuttamaan viestinnän kerrosten välillä ilman fyysistä yhteyttä.

Hyunseok Kim on MIT:n jatko-opiskelija.

“Muiden piirien on fyysisesti kytketty 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 valokuva koodaa LED-pikseleiden konfiguraation, joka stimuloi toisen kerroksen valoa havaitsevia antureita ja tekoälysynapsi-arrayta, joka luokittelee signaalin kuvan ja LED-valon voimakkuuden perusteella.

Pinnan luominen

Valmistettu piiri on noin 4 neliömillimetrin kokoinen laskentaydin, ja se on pinottu kolmella kuvantunnistus”lohkolla”, joista kussakin on kuvantunnistin, optinen viestintäkerros ja tekoälysynapsi-array luokittelua varten.

Min-Kyu Song on toinen MIT:n jatko-opiskelija.

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

Tutkijat aikovat nyt lisätä piiriin enemmän anturien ja prosessoreiden ominaisuuksia.

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

Tutkijaryhmä sanoo, että modulaariset piirit voitaisiin rakentaa laitteisiin ja mahdollistaa kuluttajien valita rakentaa uusimman anturin ja prosessorin “tiilien” avulla.

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