วิศวกรสร้างชิป AI ที่สามารถซ้อนและปรับเปลี่ยนได้

ทีมวิศวกรที่ MIT ได้สร้างชิป AI ใหม่ที่มีการออกแบบซ้อนและปรับเปลี่ยนได้ ซึ่งช่วยให้สามารถเปลี่ยนและเพิ่มเซ็นเซอร์และโปรเซสเซอร์ประสาทเทียมที่มีอยู่ได้

ชิป AI ใหม่นี้สามารถช่วยให้เราบรรลุอนาคตที่ยั่งยืนมากขึ้น โดยที่โทรศัพท์มือถือ นาฬิกาสมาร์ท และอุปกรณ์สวมใส่อื่นๆ ไม่ต้องถูกทิ้งไปเพื่อซื้อรุ่นใหม่ แต่สามารถอัปเกรดด้วยเซ็นเซอร์และโปรเซสเซอร์ใหม่ที่สามารถซ้อนเข้ากับชิปภายในอุปกรณ์ได้ ชิป AI ที่สามารถปรับเปลี่ยนได้เช่นนี้จะช่วยให้อุปกรณ์เป็นปัจจุบันและลดขยะอิเล็กทรอนิกส์

ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ใน Nature Electronics.

การออกแบบชิป

การออกแบบชิปที่คล้ายกับเลโก้ประกอบด้วยชั้นการตรวจจับและชั้นการประมวลผล รวมทั้งไดโอดส่งแสง (LED) ที่ช่วยให้ชั้นของชิปสามารถสื่อสารกันผ่านแสงได้

การออกแบบใหม่นี้ใช้แสงแทนการเชื่อมต่อทางกายภาพเพื่อส่งผ่านข้อมูลผ่านชิป ซึ่งช่วยให้ชิปสามารถปรับเปลี่ยนได้ โดยสามารถเปลี่ยนชั้นหรือซ้อนชั้นใหม่เข้าไปได้ ซึ่งสามารถใช้เพิ่มเซ็นเซอร์หรือโปรเซสเซอร์ใหม่ได้

Jihoon Kang เป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ MIT

“คุณสามารถเพิ่มชั้นการประมวลผลและเซ็นเซอร์ได้ตามที่คุณต้องการ เช่น สำหรับแสง ความกดดัน และแม้กระทั่งกลิ่น” Kang กล่าว “เรียกว่านี้เป็นชิป AI ที่สามารถปรับเปลี่ยนได้แบบเลโก้ เนื่องจากมีการขยายตัวที่ไม่มีขีดจำกัดขึ้นอยู่กับการรวมชั้น”

นักวิจัยจะพยายามนำการออกแบบนี้ไปใช้กับอุปกรณ์เอดจ์คอมพิวติ้ง อุปกรณ์ที่ทำงานอิสระ และอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ที่ทำงานโดยอิสระจากแหล่งข้อมูลกลางหรือกระจาย

Jeehwan Kim เป็นรองศาสตราจารย์สาขาวิศวกรรมเครื่องกลที่ MIT

“เมื่อเราก้าวเข้าสู่ยุคของอินเทอร์เน็ตของสิ่งของที่ขึ้นอยู่กับเครือข่ายเซ็นเซอร์ ความต้องการอุปกรณ์เอดจ์คอมพิวติ้งที่มีหลายหน้าที่จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก” Kim กล่าว “สถาปัตยกรรมฮาร์ดแวร์ที่เราเสนอจะให้ความยืดหยุ่นสูงในการใช้งานเอดจ์คอมพิวติ้งในอนาคต”

การออกแบบใหม่นี้ถูกกำหนดให้ทำการรับรู้ภาพพื้นฐานผ่านชั้นการตรวจจับภาพ LED และโปรเซสเซอร์ที่ทำจากซินแอปส์เทียม นักวิจัยจับคู่เซ็นเซอร์ภาพกับอาร์เรย์ซินแอปส์เทียม โดยแต่ละอาร์เรย์ถูกฝึกให้รับรู้ตัวอักษรบางตัว ทีมงานสามารถสื่อสารระหว่างชั้นได้โดยไม่ต้องมีการเชื่อมต่อทางกายภาพ

Hyunseok Kim เป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ MIT

“ชิปอื่นๆ มีการเชื่อมต่อทางกายภาพผ่านโลหะ ซึ่งทำให้ยากต่อการเชื่อมต่อและออกแบบใหม่ ดังนั้นคุณจึงต้องสร้างชิปใหม่หากคุณต้องการเพิ่มฟังก์ชันใหม่” Kim กล่าว “เราทดแทนการเชื่อมต่อทางกายภาพด้วยระบบสื่อสารแบบออปติก ซึ่งให้ความยืดหยุ่นในการซ้อนและเพิ่มชิปตามที่เราต้องการ”

ระบบสื่อสารแบบออปติกนี้ประกอบด้วยโฟโตดีเทคเตอร์และ LED ที่จับคู่กัน โดยแต่ละคู่มีจุดพิกเซลเล็กๆ โฟโตดีเทคเตอร์เป็นเซ็นเซอร์ภาพสำหรับการรับข้อมูล และ LED สำหรับการส่งสัญญาณไปยังชั้นต่อไป เมื่อสัญญาณถึงเซ็นเซอร์ภาพ รูปแบบแสงจะเข้ารหัสการกำหนดค่าของพิกเซล LED ซึ่งจะกระตุ้นชั้นโฟโตดีเทคเตอร์และอาร์เรย์ซินแอปส์เทียมที่จำแนกสัญญาณตามรูปแบบและความเข้มของแสง LED

การสร้างชิปที่ซ้อนได้

ชิปที่ถูกสร้างขึ้นมีขนาดประมาณ 4 ตารางมิลลิเมตร และถูกซ้อนกับบล็อกการรับรู้ภาพ 3 บล็อก โดยแต่ละบล็อกประกอบด้วยเซ็นเซอร์ภาพ ชั้นสื่อสารแบบออปติก และอาร์เรย์ซินแอปส์เทียมสำหรับการจำแนก

Min-Kyu Song เป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ MIT

“เราทำให้ชิปสามารถซ้อนและเปลี่ยนได้ และสามารถเพิ่มฟังก์ชันใหม่เข้าไปในชิป” Song กล่าว

นักวิจัยจะพยายามเพิ่มความสามารถในการตรวจจับและประมวลผลให้กับชิป

“เราสามารถเพิ่มชั้นให้กับกล้องโทรศัพท์มือถือเพื่อให้รับรู้ภาพที่ซับซ้อนมากขึ้น หรือสร้างเป็นอุปกรณ์ตรวจสอบสุขภาพที่สามารถฝังไว้ในผิวหนังอิเล็กทรอนิกส์ได้” Choi กล่าว

ทีมงานกล่าวว่าชิปแบบโมดูลาร์สามารถสร้างขึ้นในอิเล็กทรอนิกส์และทำให้ผู้บริโภคสามารถเลือกสร้างชิปด้วยบล็อกเซ็นเซอร์และโปรเซสเซอร์ใหม่ๆ

“เราสามารถสร้างชิปแพลตฟอร์มทั่วไป และขายชั้นแต่ละชั้นแยกกันเหมือนกับเกมวิดีโอ” Jeehwan Kim กล่าว “เราสามารถสร้างเครือข่ายประสาทเทียมที่แตกต่างกัน เช่น สำหรับการรับรู้ภาพหรือเสียง และให้ผู้บริโภคเลือกสิ่งที่ต้องการและเพิ่มเข้ากับชิปที่มีอยู่เหมือนกับเลโก้”