Gli ingegneri costruiscono un chip AI impilabile e riutilizzabile

Un team di ingegneri del MIT ha costruito un nuovo chip di intelligenza artificiale con un design che è impilabile e riutilizzabile, il che aiuta a sostituire e costruire su sensori e processori di reti neurali esistenti.

Il nuovo chip AI potrebbe aiutare a raggiungere un futuro più sostenibile in cui i telefoni cellulari, gli orologi intelligenti e altri dispositivi indossabili non devono essere gettati via per un modello più recente. Potrebbero essere aggiornati con nuovi sensori e processori che si attaccano al chip interno del dispositivo. I chip AI riutilizzabili come questi manterrebbero i dispositivi aggiornati e ridurrebbero i rifiuti elettronici.

I risultati della ricerca sono stati pubblicati in Nature Electronics.

Progettazione del chip

La progettazione del chip simile a LEGO comprende strati alternati di elementi di sensore e di elaborazione, nonché diodi emettitori di luce (LED) che abilitano le comunicazioni ottiche tra gli strati del chip.

Questa nuova progettazione utilizza la luce invece di fili fisici per trasmettere informazioni attraverso il chip, il che consente di riutilizzare il chip, con strati che possono essere sostituiti o impilati. Ciò potrebbe essere utilizzato per aggiungere nuovi sensori o processori aggiornati.

Jihoon Kang è un postdoc del MIT.

“Puoi aggiungere quanti strati di calcolo e sensori desideri, come ad esempio per la luce, la pressione e anche l’odore”, dice Kang. “Chiamiamo questo un chip AI riutilizzabile simile a LEGO perché ha una espandibilità illimitata a seconda della combinazione degli strati.”

I ricercatori cercheranno di applicare la progettazione a dispositivi di calcolo edge, dispositivi autosufficienti e altri elettronici che funzionano in modo indipendente da una risorsa centrale o distribuita.

Jeehwan Kim è un professore associato di ingegneria meccanica al MIT.

“Mentre entriamo nell’era dell’internet delle cose basato su reti di sensori, la domanda di dispositivi di calcolo edge multifunzionali aumenterà drasticamente”, dice Kim. “La nostra architettura hardware proposta fornirà una grande versatilità del calcolo edge nel futuro.”

La nuova progettazione è configurata per eseguire compiti di base di riconoscimento di immagini attraverso un layering di sensori di immagine, LED e processori realizzati con sinapsi artificiali. I ricercatori hanno accoppiato sensori di immagine con array di sinapsi artificiali, con ogni array addestrato per riconoscere lettere specifiche. Il team è stato in grado di raggiungere la comunicazione tra gli strati senza necessità di una connessione fisica.

Hyunseok Kim è un postdoc del MIT.

“Altri chip sono collegati fisicamente attraverso il metallo, il che li rende difficili da riutilizzare e ridisegnare, quindi dovresti creare un nuovo chip se desideri aggiungere una nuova funzione”, dice Kim. “Abbiamo sostituito la connessione fisica con un sistema di comunicazione ottica, che ci dà la libertà di impilare e aggiungere chip come desideriamo.”

Questo sistema di comunicazione ottica consiste in fotodetettori e LED accoppiati, ognuno dei quali è patternato con piccoli pixel. I fotodetettori costituiscono un sensore di immagine per la ricezione dei dati, e i LED per la trasmissione dei dati allo strato successivo. Quando un segnale raggiunge il sensore di immagine, il pattern di luce dell’immagine codifica una configurazione di pixel LED che poi stimola un altro strato di fotodetettori, insieme a un array di sinapsi artificiali che classifica il segnale in base al pattern e alla forza della luce LED.

Creazione di un chip impilabile

Il chip costruito ha un nucleo di calcolo che misura circa 4 millimetri quadrati e è impilato con tre “blocchi” di riconoscimento di immagini, ognuno dei quali comprende un sensore di immagine, uno strato di comunicazione ottica e un array di sinapsi artificiali per la classificazione.

Min-Kyu Song è un altro postdoc del MIT.

“Abbiamo dimostrato l’impilabilità, la sostituibilità e la capacità di inserire una nuova funzione nel chip”, dice Song.

I ricercatori cercheranno ora di aggiungere ulteriori capacità di sensore e di elaborazione al chip.

“Possiamo aggiungere strati alla fotocamera di un cellulare in modo che possa riconoscere immagini più complesse, o realizzare monitor sanitari che possono essere incorporati in pelle elettronica indossabile”, dice Choi.

Il team afferma che i chip modulari potrebbero essere costruiti in elettronica e consentire ai consumatori di scegliere di costruire con i “mattoni” più recenti di sensore e processore.

“Possiamo creare una piattaforma di chip generale e ogni strato potrebbe essere venduto separatamente come un videogioco”, dice Jeehwan Kim. “Potremmo creare tipi diversi di reti neurali, come per il riconoscimento di immagini o voci, e lasciare che il cliente scelga cosa desidera, e aggiungere a un chip esistente come un LEGO.”