Ingenieurs bouwen stapelbare en herschikbare AI-chip

Een team van ingenieurs aan het MIT heeft een nieuwe kunstmatige intelligentie-chip gebouwd met een ontwerp dat stapelbaar en herschikbaar is, waardoor bestaande sensoren en neurale netwerkprocessors kunnen worden uitgewisseld en uitgebreid.

De nieuwe AI-chip kan helpen om een meer duurzame toekomst te bereiken waarin mobiele telefoons, smartwatches en andere draagbare apparaten niet hoeven te worden weggegooid voor een nieuw model. Ze kunnen worden geüpgrade met nieuwe sensoren en processors die op de interne chip van het apparaat kunnen worden bevestigd. Herschikbare AI-chips zoals deze kunnen apparaten up-to-date houden en elektronisch afval verminderen.

De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Nature Electronics.

Ontwerp van de chip

Het LEGO-achtige ontwerp van de chip bestaat uit afwisselende lagen van sensorelementen en verwerkingselementen, evenals lichtemitterende diodes (LED) die de communicatie tussen de lagen van de chip mogelijk maken via optische middelen.

Dit nieuwe ontwerp gebruikt licht in plaats van fysieke draden om informatie door de chip te verzenden, waardoor de chip kan worden herschikt, met lagen die kunnen worden uitgewisseld of opgestapeld. Dit kan worden gebruikt om nieuwe sensoren of bijgewerkte processors toe te voegen.

Jihoon Kang is een postdoc aan het MIT.

“U kunt zo veel rekenlagen en sensoren toevoegen als u wilt, zoals voor licht, druk en zelfs geur,” zegt Kang. “We noemen dit een LEGO-achtige herschikbare AI-chip omdat het een onbeperkte uitbreidbaarheid heeft, afhankelijk van de combinatie van lagen.”

De onderzoekers zullen het ontwerp gaan toepassen op edge-computing-apparaten, zelfstandige apparaten en andere elektronica die onafhankelijk van een centraal of gedistribueerd middel werken.

Jeehwan Kim is een associate professor in de mechanische ingenieurswetenschappen aan het MIT.

“Nu we de era van het internet der dingen op basis van sensornetwerken ingaan, zal de vraag naar multifunctionele edge-computing-apparaten dramatisch toenemen,” zegt Kim. “Ons voorgestelde hardware-architectuur zal een hoge flexibiliteit bieden voor edge-computing in de toekomst.”

Het nieuwe ontwerp is geconfigureerd om basisbeeldenherkenningsTaken uit te voeren via een lagen van beeldsensoren, LED’s en processors gemaakt van kunstmatige synapsen. De onderzoekers hebben beeldsensoren gekoppeld aan kunstmatige synapsenarrays, waarbij elke array is getraind om bepaalde letters te herkennen. Het team kon communicatie tussen de lagen tot stand brengen zonder een fysieke verbinding nodig te hebben.

Hyunseok Kim is een postdoc aan het MIT.

“Andere chips zijn fysiek met metaal verbonden, waardoor ze moeilijk te herschikken en te ontwerpen zijn, dus u zou een nieuwe chip moeten maken als u een nieuwe functionaliteit wilt toevoegen,” zegt Kim. “We hebben die fysieke draadverbinding vervangen door een optisch communicatiesysteem, waardoor we de vrijheid hebben om chips te stapelen en toe te voegen zoals we willen.”

Dit optische communicatiesysteem bestaat uit paren van fotodetectoren en LED’s, elk voorzien van kleine pixels. De fotodetectoren vormen een beeldsensor voor het ontvangen van gegevens, en LED’s om gegevens naar de volgende laag te verzenden. Wanneer een signaal de beeldsensor bereikt, codeert het lichtpatroon van de afbeelding een configuratie van LED-pixels die vervolgens een andere laag van fotodetectoren en een kunstmatige synapsenarray stimuleert die het signaal classificeert op basis van het patroon en de sterkte van het LED-licht.

Het creëren van een stapelbare chip

De gefabriceerde chip heeft een rekenkern van ongeveer 4 vierkante millimeter en is gestapeld met drie beeldherkenningsblokken, waarbij elk een beeldsensor, een optische communicatielaag en een kunstmatige synapsenarray voor classificatie omvat.

Min-Kyu Song is een andere postdoc aan het MIT.

“We hebben stapelbaarheid, vervangbaarheid en de mogelijkheid om een nieuwe functionaliteit in de chip in te voegen, aangetoond,” zegt Song.

De onderzoekers zullen nu proberen om meer sensoren en verwerkingselementen aan de chip toe te voegen.

“We kunnen lagen toevoegen aan de camera van een mobiele telefoon zodat deze meer complexe beelden kan herkennen, of deze kunnen maken tot gezondheidsmonitoren die in draagbare elektronische huid kunnen worden geïntegreerd,” zegt Choi.

Het team zegt dat modulaire chips in elektronica kunnen worden gebouwd en consumenten in staat stellen om te kiezen voor het opbouwen met de nieuwste sensor- en processor”blokken”.

“We kunnen een algemeen chipplatform maken, en elke laag kan afzonderlijk worden verkocht, net als een videospel,” zegt Jeehwan Kim. “We kunnen verschillende soorten neurale netwerken maken, zoals voor beeld- of spraakherkenning, en de klant laten kiezen wat hij wil, en toevoegen aan een bestaande chip zoals LEGO.”