工程师构建可堆叠和可重新配置的人工智能芯片

麻省理工学院的一个工程师团队构建了一种新的人工智能芯片，其设计可堆叠和可重新配置，有助于替换和构建现有的传感器和神经网络处理器。 

新的人工智能芯片可以帮助实现更加可持续的未来，手机、智能手表和其他可穿戴设备不必因更新型号而被丢弃。 它们将能够通过安装在设备内部芯片上的新传感器和处理器进行升级。 诸如此类的可重新配置的人工智能芯片将使设备保持最新状态并减少电子浪费。 

研究结果发表在 自然电子. 

设计芯片

该芯片的类似乐高的设计包括交替的传感和处理元件层，以及使芯片各层能够进行光学通信的发光二极管 (LED)。 

这种新设计使用光而不是物理电线通过芯片传输信息，这使得芯片能够重新配置，层被交换或堆叠。 这可用于添加新的传感器或更新的处理器。 

Jihoon Kang 是麻省理工学院的博士后。 

“您可以根据需要添加任意数量的计算层和传感器，例如光、压力甚至气味，”康说。 “我们称其为类似乐高的可重构人工智能芯片，因为它根据层的组合具有无限的扩展性。”

研究人员将寻求将该设计应用于边缘计算设备、自给自足的设备以及其他独立于中央或分布式资源工作的电子设备。 

Jeehwan Kim 是麻省理工学院机械工程系副教授。 

“随着我们进入基于传感器网络的物联网时代，对多功能边缘计算设备的需求将急剧增长，”Kim 说。 “我们提出的硬件架构将在未来提供边缘计算的高度多功能性。”

新的设计被配置为通过由人工突触制成的图像传感器、LED 和处理器的分层来执行基本的图像识别任务。 研究人员将图像传感器与人工突触阵列配对，每个阵列都经过训练以识别某些字母。 该团队能够实现各层之间的通信，而无需物理连接。 

Hyunseok Kim 是麻省理工学院的博士后。 

“其他芯片通过金属进行物理连接，这使得它们很难重新布线和重新设计，因此如果您想添加任何新功能，则需要制造新芯片，”Kim 说。 “我们用光通信系统取代了物理线路连接，这使我们能够自由地按照我们想要的方式堆叠和添加芯片。”

该光通信系统由成对的光电探测器和 LED 组成，每个光电探测器和 LED 都带有微小像素图案。 光电探测器构成用于接收数据的图像传感器和用于将数据传输到下一层的LED。 当信号到达图像传感器时，图像的光模式会对 LED 像素的配置进行编码，然后刺激另一层光电探测器以及人工突触阵列，该阵列根据 LED 光的模式和强度对信号进行分类。 

创建可堆叠芯片

该芯片具有约4平方毫米的计算核心，由三个图像识别“块”堆叠而成，每个块都包含图像传感器、光通信层和用于分类的人工突触阵列。 

Min-Kyu Song 是麻省理工学院的另一位博士后。 

“我们展示了可堆叠性、可替换性以及将新功能插入芯片的能力，”宋说。

研究人员现在将寻求为芯片添加更多的传感和处理功能。 

“我们可以为手机摄像头添加层，以便它能够识别更复杂的图像，或者将这些图像制作成可以嵌入可穿戴电子皮肤中的医疗保健监视器，”Choi 说。 

该团队表示，模块化芯片可以内置到电子产品中，使消费者能够选择使用最新的传感器和处理器“砖块”进行构建。 

“我们可以制作一个通用芯片平台，每一层都可以像视频游戏一样单独出售，”Jeehwan Kim 说。 “我们可以制作不同类型的神经网络，例如图像或语音识别，让客户选择他们想要的，并添加到现有的芯片中，例如乐高积木。”