Ingenjörer bygger stapelbara och omkonfigurerbara AI-chip

Ett team av ingenjörer vid MIT har byggt en ny artificiell intelligens-chip med en design som är stapelbar och omkonfigurerbar, vilket hjälper till att byta ut och bygga på befintliga sensorer och neurala nätverksprocessorer. 

Den nya AI-chipen kan hjälpa till att uppnå en mer hållbar framtid där mobiltelefoner, smartklockor och andra bärbara enheter inte behöver kasseras för en nyare modell. De skulle kunna uppgraderas med nya sensorer och processorer som fäster på en enhets interna chip. Omkonfigurerbara AI-chip som dessa skulle hålla enheterna uppdaterade och minska elektroniskt avfall. 

Forskningsresultaten publicerades i Nature Electronics. 

Att designa chipen

LEGO-liknande designen på chipen består av alternerande lager av sensorer och processorelement, samt lysdioder (LED) som möjliggör att chipets lager kan kommunicera optiskt. 

Denna nya design använder ljus istället för fysiska ledningar för att överföra information genom chipen, vilket möjliggör att chipen kan omkonfigureras, med lager som kan bytas ut eller staplas på. Detta kan användas för att lägga till nya sensorer eller uppdaterade processorer. 

Jihoon Kang är en postdoktorand vid MIT. 

“Du kan lägga till så många beräkningslager och sensorer som du vill, som till exempel för ljus, tryck och till och med lukt”, säger Kang. “Vi kallar detta en LEGO-liknande omkonfigurerbar AI-chip eftersom den har obegränsad utvidgningsmöjlighet beroende på kombinationen av lager.”

Forskarna kommer att undersöka möjligheten att tillämpa designen på edge-enheter, självförsörjande enheter och andra elektronik som fungerar oberoende av en central eller distribuerad resurs. 

Jeehwan Kim är en biträdande professor i maskinteknik vid MIT. 

“När vi går in i eran av sakernas internet baserat på sensornätverk, kommer efterfrågan på multifunktionella edge-enheter att öka dramatiskt”, säger Kim. “Vår föreslagna hårdvaruarkitektur kommer att ge hög flexibilitet för edge-beräkning i framtiden.”

Den nya designen är konfigurerad för att utföra grundläggande bildigenkänning via ett lager av bildsensorer, lysdioder och processorer gjorda av artificiella synapser. Forskarna parade bildsensorer med artificiella synapsarrayer, där varje array var tränad för att känna igen vissa bokstäver. Teamet kunde uppnå kommunikation mellan lagren utan att behöva en fysisk anslutning. 

Hyunseok Kim är en postdoktorand vid MIT. 

“Andra chip är fysiskt anslutna genom metall, vilket gör dem svåra att omkoppla och omkonstruera, så du skulle behöva skapa ett nytt chip om du ville lägga till någon ny funktion”, säger Kim. “Vi ersatte den fysiska ledningsanslutningen med ett optiskt kommunikationssystem, vilket ger oss friheten att stapla och lägga till chip som vi vill.”

Detta optiska kommunikationssystem består av parade fotodetektorer och lysdioder, var och en mönstrad med små pixlar. Fotodetektorerna utgör en bildsensor för att ta emot data, och lysdioder för att överföra data till nästa lager. När en signal når bildsensorn, kodar bildens ljusmönster en konfiguration av lysdiodpixlar som sedan stimulerar ett annat lager av fotodetektorer, tillsammans med en artificiell synapsarray som klassificerar signalen baserat på mönster och styrka på lysdiodljuset. 

Att skapa ett stapelbart chip

Det tillverkade chipet har en beräkningskärna som mäter cirka 4 kvadratmillimeter, och det är staplat med tre bildigenkännings-“block”, var och en bestående av en bildsensor, optisk kommunikationslager och artificiell synapsarray för klassificering. 

Min-Kyu Song är en annan postdoktorand vid MIT. 

“Vi visade stapelbarhet, utbytbarhet och förmågan att införa en ny funktion i chipet”, säger Song.

Forskarna kommer nu att undersöka möjligheten att lägga till fler sensorer och processorer till chipet. 

“Vi kan lägga till lager till en mobiltelefons kamera så att den kan känna igen mer komplexa bilder, eller göra dessa till hälsoövervakningsenheter som kan infogas i bärbar elektronikhud”, säger Choi. 

Teamet säger att modulära chip kan byggas in i elektronik och möjliggöra för konsumenter att välja att bygga på med de senaste sensor- och processor-“stenarna”. 

“Vi kan skapa en allmän chipplattform, och varje lager kan säljas separat som ett videospel”, säger Jeehwan Kim. “Vi kan skapa olika typer av neurala nätverk, som till exempel för bild- eller röstkänning, och låta kunden välja vad de vill ha, och lägga till ett befintligt chip som ett LEGO.”