工程师开发出可叠加和重新配置的 AI芯片

麻省理工学院（MIT）的工程师团队已经开发出一种新型的人工智能芯片，其设计可叠加和重新配置，这有助于交换和构建现有的传感器和神经网络处理器。

新的AI芯片可以帮助实现一个更加可持续的未来，在这个未来，手机、智能手表和其他可穿戴设备不需要为了更换新款而被丢弃。它们可以通过新传感器和处理器升级，这些传感器和处理器可以插入设备的内部芯片。这种可重新配置的AI芯片可以让设备保持更新，并减少电子废物。

研究结果发表在Nature Electronics上。

芯片设计

该芯片的LEGO-like设计由交替的感知和处理元素层组成，以及可以使芯片层之间光学通信的发光二极管（LED）。

这种新设计使用光代替物理线来传输芯片中的信息，这使得芯片可以重新配置，层可以被交换或叠加。这可以用于添加新传感器或更新处理器。

Jihoon Kang是麻省理工学院的博士后。

“您可以添加任意数量的计算层和传感器，例如用于光、压力，甚至气味的传感器，”Kang说。“我们称之为LEGO-like可重新配置的AI芯片，因为它具有无限的可扩展性，取决于层的组合。”

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

Jeehwan Kim是麻省理工学院机械工程的副教授。

“当我们进入基于传感器网络的物联网时代时，对于多功能边缘计算设备的需求将会大幅增加，”Kim说。“我们的提出的硬件架构将为未来提供高可变性边缘计算。”

新设计配置为通过图像传感器、LED和人工神经元阵列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神经元阵列配对，每个阵列都被训练为识别某些字母。团队能够在不需要物理连接的情况下实现层之间的通信。

Hyunseok Kim是麻省理工学院的博士后。

“其他芯片通过金属线物理连接，使得它们难以重新布线和重新设计，因此，如果您想添加任何新功能，您需要制作一个新芯片，”Kim说。“我们用光学通信系统替换了物理线连接，这给了我们以我们想要的方式堆叠和添加芯片的自由。”

该光学通信系统由成对的光电探测器和LED组成，每个都有微小的像素。光电探测器构成了用于接收数据的图像传感器，LED用于将数据传输到下一层。当信号到达图像传感器时，图像的光模式对应于LED像素的配置，然后刺激另一层光电探测器和人工神经元阵列，根据光模式和强度对信号进行分类。

创建可叠加芯片

制造的芯片具有大约4平方毫米的计算核心，并且与三个图像识别“块”叠加，每个块由图像传感器、光学通信层和用于分类的人工神经元阵列组成。

Min-Kyu Song是麻省理工学院的另一位博士后。

“我们展示了可叠加性、可替换性和将新功能插入芯片的能力，”Song说。

研究人员现在将寻求向芯片添加更多的传感和处理能力。

“我们可以向手机相机添加层，使其能够识别更复杂的图像，或将其制作成可以嵌入可穿戴电子皮肤的健康监测器，”Choi说。

研究团队表示，模块化芯片可以构建到电子设备中，并使消费者能够选择使用最新的传感器和处理器“积木”进行升级。

“我们可以制作一个通用芯片平台，每层都可以单独出售，就像视频游戏一样，”Jeehwan Kim说。“我们可以制作不同类型的神经网络，例如用于图像或语音识别，并让客户选择他们想要的，然后像LEGO积木一样添加到现有的芯片中。”