Inżynierowie budują rekonfigurowalny chip AI o warstwach układanych w stos

Zespół inżynierów z MIT zbudował nowy chip sztucznej inteligencji o projekcie, który umożliwia układanie warstw w stos i rekonfigurację, co ułatwia wymianę i rozbudowę istniejących czujników i procesorów sieci neuronowych.

Nowy chip AI może pomóc w osiągnięciu bardziej zrównoważonej przyszłości, w której telefony komórkowe, zegarki inteligentne i inne urządzenia noszone nie muszą być wyrzucane na rzecz nowszych modeli. Mogą one być uaktualniane o nowe czujniki i procesory, które można łatwo podłączyć do wewnętrznego chipa urządzenia. Przebudowywalne chipy AI takie jak ten pomogą utrzymać urządzenia na bieżącym poziomie i zmniejszyć ilość odpadów elektronicznych.

Wyniki badań zostały opublikowane w Nature Electronics.

Projektowanie chipa

Projekt chipa w stylu LEGO składa się z naprzemiennych warstw elementów czujnikowych i przetwarzających, a także diod emitujących światło (LED), które umożliwiają komunikację optyczną między warstwami chipa.

Ten nowy projekt wykorzystuje światło zamiast fizycznych połączeń do transmisji informacji przez chip, co umożliwia przebudowę chipa, z wymianą warstw lub ich nakładaniem. Może to być wykorzystane do dodania nowych czujników lub zaktualizowanych procesorów.

Jihoon Kang jest postdoktorantem na MIT.

“Można dodać dowolną ilość warstw obliczeniowych i czujników, takich jak na przykład do rozpoznawania światła, ciśnienia, a nawet zapachu”, mówi Kang. “Nazywamy to rekonfigurowalnym chipem AI w stylu LEGO, ponieważ ma nieograniczoną możliwość rozbudowy w zależności od kombinacji warstw.”

Naukowcy zamierzają zastosować ten projekt w urządzeniach do przetwarzania brzegowego, samowystarczalnych urządzeniach i innych urządzeniach elektronicznych, które działają niezależnie od centralnego lub rozproszonego zasobu.

Jeehwan Kim jest adiunktem na wydziale inżynierii mechanicznej na MIT.

“Wraz z wejściem w erę internetu rzeczy opartego na sieciach czujników, popyt na urządzenia do przetwarzania brzegowego o wielu funkcjach będzie rósł dramatycznie”, mówi Kim. “Nasza proponowana architektura sprzętu zapewni wysoką elastyczność przetwarzania brzegowego w przyszłości.”

Nowy projekt jest skonfigurowany do wykonywania podstawowych zadań rozpoznawania obrazu za pomocą warstw czujników obrazu, diod LED i procesorów wykonanych ze sztucznych synaps. Naukowcy połączyli czujniki obrazu z tablicami sztucznych synaps, z których każda była szkolona do rozpoznawania określonych liter. Zespół był w stanie osiągnąć komunikację między warstwami bez potrzeby fizycznego połączenia.

Hyunseok Kim jest postdoktorantem na MIT.

“Inne chipy są fizycznie połączone za pomocą metalu, co utrudnia ich przebudowę, więc trzeba by zrobić nowy chip, gdyby się chciało dodać nową funkcję”, mówi Kim. “Zastąpiliśmy to fizyczne połączenie systemem komunikacji optycznej, który daje nam swobodę nakładania i dodawania chipów w dowolny sposób.”

Ten system komunikacji optycznej składa się z par fotodetektorów i diod LED, z których każdy element ma wzór z drobnych pikseli. Fotodetektory stanowią czujnik obrazu do odbioru danych, a diody LED do transmisji danych do następnej warstwy. Gdy sygnał dociera do czujnika obrazu, wzór światła obrazu koduje konfigurację pikseli diod LED, które następnie stymulują kolejną warstwę fotodetektorów oraz tablicę sztucznych synaps, która klasyfikuje sygnał na podstawie wzoru i siły światła diod LED.

Tworzenie chipa o warstwach układanych w stos

Zbudowany chip ma rdzeń obliczeniowy o wielkości około 4 milimetrów kwadratowych i ma trzy ułożone w stos bloki rozpoznawania obrazu, z których każdy składa się z czujnika obrazu, warstwy komunikacji optycznej i tablicy sztucznych synaps do klasyfikacji.

Min-Kyu Song jest kolejnym postdoktorantem na MIT.

“Pokazaliśmy możliwość nakładania, zastępowania i wstawiania nowej funkcji do chipa”, mówi Song.

Naukowcy będą teraz dążyć do dodania większej ilości funkcji czujników i przetworników do chipa.

“Można dodać warstwy do kamery telefonu komórkowego, aby mogła rozpoznawać bardziej złożone obrazy, lub zrobić z nich monitory zdrowia, które można wbudować w elektroniczną skórę noszoną”, mówi Choi.

Zespół twierdzi, że modułowe chipy mogą być wbudowane w urządzenia elektroniczne i umożliwić konsumentom wybór budowy z najnowszymi czujnikami i procesorami “cegiełkami”.

“Możemy stworzyć ogólną platformę chipa, a każda warstwa może być sprzedawana oddzielnie jak gra wideo”, mówi Jeehwan Kim. “Możemy stworzyć różne typy sieci neuronowych, takie jak do rozpoznawania obrazu lub głosu, i pozwolić klientowi wybrać, co chce, i dodać to do istniejącego chipa jak LEGO.”