Các Kỹ Sư Xây Dựng Chip Trí Tuệ Nhân Tạo Có Khả Năng Đặt Lên Mỗi Nước Và Tái Cấu Hình

Một nhóm các kỹ sư tại MIT đã xây dựng một con chip trí tuệ nhân tạo mới với thiết kế có thể đặt lên nhau và tái cấu hình, giúp thay thế và xây dựng trên các cảm biến và bộ xử lý mạng nơ-ron hiện có.

Con chip trí tuệ nhân tạo mới này có thể giúp đạt được một tương lai bền vững hơn, nơi điện thoại di động, đồng hồ thông minh và các thiết bị đeo khác không cần phải bị loại bỏ để thay thế bằng mô hình mới. Chúng có thể được nâng cấp với các cảm biến và bộ xử lý mới có thể gắn vào chip nội bộ của thiết bị. Các con chip trí tuệ nhân tạo tái cấu hình như vậy sẽ giữ cho thiết bị của bạn cập nhật và giảm thiểu chất thải điện tử.

Kết quả nghiên cứu đã được công bố trong Nature Electronics.

Thiết Kế Con Chip

Thiết kế giống LEGO của con chip bao gồm các lớp cảm biến và xử lý xen kẽ, cũng như các đèn LED phát sáng cho phép các lớp của con chip giao tiếp quang học.

Thiết kế mới này sử dụng ánh sáng thay vì dây vật lý để truyền thông tin qua con chip, cho phép con chip được tái cấu hình, với các lớp có thể được thay thế hoặc đặt lên nhau. Điều này có thể được sử dụng để thêm các cảm biến mới hoặc bộ xử lý cập nhật.

Jihoon Kang là một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại MIT.

“Bạn có thể thêm càng nhiều lớp tính toán và cảm biến tùy ý, chẳng hạn như ánh sáng, áp suất và thậm chí cả mùi,” Kang nói. “Chúng tôi gọi đây là con chip trí tuệ nhân tạo tái cấu hình giống LEGO vì nó có khả năng mở rộng không giới hạn tùy thuộc vào sự kết hợp của các lớp.”

Các nhà nghiên cứu sẽ tìm cách áp dụng thiết kế này cho các thiết bị tính toán biên, thiết bị tự cấp và các thiết bị điện tử khác hoạt động độc lập từ một nguồn tài nguyên trung tâm hoặc phân tán.

Jeehwan Kim là giáo sư trợ lý về kỹ thuật cơ khí tại MIT.

“Khi chúng ta bước vào kỷ nguyên của internet vạn vật dựa trên mạng cảm biến, nhu cầu về các thiết bị tính toán biên đa chức năng sẽ tăng lên đáng kể,” Kim nói. “Kiến trúc phần cứng được đề xuất của chúng tôi sẽ cung cấp sự linh hoạt cao cho tính toán biên trong tương lai.”

Thiết kế mới này được cấu hình để thực hiện các nhiệm vụ nhận dạng hình ảnh cơ bản thông qua việc xếp lớp các cảm biến hình ảnh, đèn LED và bộ xử lý được làm từ synapse nhân tạo. Các nhà nghiên cứu đã ghép nối các cảm biến hình ảnh với các mảng synapse nhân tạo, với mỗi mảng được đào tạo để nhận ra các chữ cái nhất định. Đội ngũ đã có thể đạt được giao tiếp giữa các lớp mà không cần kết nối vật lý.

Hyunseok Kim là một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại MIT.

“Các con chip khác được kết nối vật lý thông qua kim loại, điều này khiến chúng khó tái cấu trúc và thiết kế lại, vì vậy bạn sẽ cần tạo một con chip mới nếu muốn thêm bất kỳ chức năng mới nào,” Kim nói. “Chúng tôi đã thay thế kết nối dây vật lý bằng hệ thống giao tiếp quang học, điều này mang lại cho chúng tôi sự tự do để xếp chồng và thêm các con chip theo cách chúng tôi muốn.”

Hệ thống giao tiếp quang học này bao gồm các cặp photodetector và đèn LED, mỗi cặp được tạo mẫu với các pixel nhỏ. Các photodetector tạo thành một cảm biến hình ảnh để nhận dữ liệu, và đèn LED để truyền dữ liệu đến lớp tiếp theo. Khi một tín hiệu đến cảm biến hình ảnh, mẫu ánh sáng của hình ảnh mã hóa một cấu hình pixel đèn LED mà sau đó kích thích một lớp photodetector khác, cùng với một mảng synapse nhân tạo phân loại tín hiệu dựa trên mẫu và cường độ của ánh sáng đèn LED.

Tạo Ra Một Con Chip Đặt Lên Mỗi Nước

Con chip được chế tạo có một lõi tính toán với kích thước khoảng 4 mm vuông, và nó được xếp chồng với ba “khối” nhận dạng hình ảnh, mỗi khối bao gồm một cảm biến hình ảnh, lớp giao tiếp quang học và mảng synapse nhân tạo để phân loại.

Min-Kyu Song là một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ khác tại MIT.

“Chúng tôi đã chứng minh khả năng xếp chồng, thay thế và khả năng chèn một chức năng mới vào con chip,” Song nói.

Các nhà nghiên cứu sẽ tìm cách thêm nhiều khả năng cảm biến và xử lý vào con chip.

“Chúng tôi có thể thêm các lớp vào camera của điện thoại di động để nó có thể nhận ra các hình ảnh phức tạp hơn, hoặc tạo ra các thiết bị theo dõi sức khỏe có thể được nhúng vào da điện tử,” Choi nói.

Đội ngũ cho biết rằng các con chip mô-đun có thể được xây dựng vào các thiết bị điện tử và cho phép người tiêu dùng chọn xây dựng với các “gạch” cảm biến và bộ xử lý mới nhất.

“Chúng tôi có thể tạo ra một nền tảng chip chung, và mỗi lớp có thể được bán riêng như một trò chơi điện tử,” Jeehwan Kim nói. “Chúng tôi có thể tạo ra các loại mạng nơ-ron khác nhau, chẳng hạn như nhận dạng hình ảnh hoặc giọng nói, và để khách hàng chọn những gì họ muốn, và thêm vào một con chip hiện có như LEGO.”