Engenheiros Constroem Chip de IA Empilhável e Reconfigurável

Uma equipe de engenheiros no MIT construiu um novo chip de inteligência artificial com um design que é empilhável e reconfigurável, o que ajuda a trocar e construir sobre sensores e processadores de rede neural existentes. 

O novo chip de IA pode ajudar a alcançar um futuro mais sustentável, onde celulares, smartwatches e outros dispositivos portáteis não precisam ser descartados por um modelo mais novo. Eles poderiam ser atualizados com novos sensores e processadores que se conectam a um chip interno do dispositivo. Chips de IA reconfiguráveis, como esses, manteriam os dispositivos atualizados e reduziriam o lixo eletrônico. 

Os resultados da pesquisa foram publicados em Nature Electronics. 

Projetando o Chip

O design do chip, semelhante ao LEGO, compreende camadas alternadas de elementos de sensoriamento e processamento, bem como diodos emissores de luz (LED) que permitem que as camadas do chip se comuniquem ópticamente. 

Este novo design usa luz em vez de fios físicos para transmitir informações através do chip, o que permite que o chip seja reconfigurado, com camadas sendo trocadas ou empilhadas. Isso poderia ser usado para adicionar novos sensores ou processadores atualizados. 

Jihoon Kang é um pós-doutorando no MIT. 

“Você pode adicionar tantas camadas de computação e sensores quanto quiser, como para luz, pressão e até mesmo cheiro”, diz Kang. “Chamamos isso de chip de IA reconfigurável semelhante ao LEGO, porque ele tem expansibilidade ilimitada, dependendo da combinação de camadas.”

Os pesquisadores buscarão aplicar o design a dispositivos de computação de borda, dispositivos autossuficientes e outros eletrônicos que funcionam de forma independente de um recurso central ou distribuído. 

Jeehwan Kim é professor associado de engenharia mecânica no MIT. 

“À medida que entramos na era da internet das coisas baseada em redes de sensores, a demanda por dispositivos de computação de borda multifuncionais aumentará dramaticamente”, diz Kim. “Nossa arquitetura de hardware proposta fornecerá alta versatilidade de computação de borda no futuro.”

O novo design é configurado para realizar tarefas básicas de reconhecimento de imagens por meio de uma camada de sensores de imagem, LEDs e processadores feitos de sinapses artificiais. Os pesquisadores combinaram sensores de imagem com matrizes de sinapses artificiais, com cada matriz sendo treinada para reconhecer certas letras. A equipe conseguiu estabelecer comunicação entre as camadas sem precisar de uma conexão física. 

Hyunseok Kim é um pós-doutorando no MIT. 

“Outros chips são conectados fisicamente por metal, o que os torna difíceis de reorganizar e redesenhar, então você precisaria criar um novo chip se quisesse adicionar alguma nova função”, diz Kim. “Substituímos essa conexão física por um sistema de comunicação óptica, o que nos dá a liberdade de empilhar e adicionar chips do jeito que queremos.”

Esse sistema de comunicação óptica consiste em fotodetectores e LEDs emparelhados, cada um padronizado com pixels minúsculos. Os fotodetectores constituem um sensor de imagem para receber dados, e LEDs para transmitir dados para a próxima camada. Quando um sinal atinge o sensor de imagem, o padrão de luz da imagem codifica uma configuração de pixels de LED que, por sua vez, estimula outra camada de fotodetectores, juntamente com uma matriz de sinapse artificial que classifica o sinal com base no padrão e na intensidade da luz do LED. 

Criando um Chip Empilhável

O chip fabricado tem um núcleo de computação medindo cerca de 4 milímetros quadrados e é empilhado com três “blocos” de reconhecimento de imagens, cada um composto por um sensor de imagem, uma camada de comunicação óptica e uma matriz de sinapse artificial para classificação. 

Min-Kyu Song é outro pós-doutorando no MIT. 

“Demonstramos empilhabilidade, substituibilidade e a capacidade de inserir uma nova função no chip”, diz Song.

Os pesquisadores agora buscarão adicionar mais capacidades de sensoriamento e processamento ao chip. 

“Podemos adicionar camadas à câmera de um celular para que ele possa reconhecer imagens mais complexas, ou transformá-los em monitores de saúde que podem ser incorporados à pele eletrônica”, diz Choi. 

A equipe afirma que chips modulares poderiam ser construídos em eletrônicos e permitir que os consumidores escolham construir com os últimos “tijolos” de sensor e processador. 

“Podemos criar uma plataforma de chip geral, e cada camada poderia ser vendida separadamente, como um jogo de vídeo”, diz Jeehwan Kim. “Podemos criar diferentes tipos de redes neurais, como para reconhecimento de imagem ou voz, e deixar que o cliente escolha o que deseja e adicione a um chip existente, como um LEGO.”