工程师构建可叠加和可重构的AI芯片

麻省理工学院的一组工程师设计了一种新型人工智能芯片，其设计可叠加和可重构，有助于交换和构建现有的传感器和神经网络处理器。

这种新型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被丢弃以换取新款。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直接连接到设备的内部芯片。这种可重构的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。

设计芯片

芯片的乐高积木式设计由交替的感知和处理元素层组成，以及可以实现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，使芯片可以被重构，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。“我们称之为乐高式可重构AI芯片，因为它具有无限的可扩展性，取决于层的组合。”

研究人员将在边缘计算设备、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中应用这种设计。

Jeehwan Kim 是麻省理工学院机械工程系的副教授。

“当我们进入基于传感器网络的物联网时代时，对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的边缘计算提供高可变性。”

这种新设计配置为执行基本的图像识别任务，通过图像传感器、LED和由人工神经元制成的处理器的分层。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。

“其他芯片是通过金属线物理连接的，这使得它们难以重新布线和重新设计，所以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取代了物理线连接，这给了我们按照我们想要的方式叠加和添加芯片的自由。”

这种光学通信系统由成对的光电探测器和LED组成，每个都用微小的像素图案化。光电探测器构成了一个用于接收数据的图像传感器，LED用于向下一层传输数据。当信号到达图像传感器时，图像的光模式编码LED像素的配置，然后刺激另一层光电探测器和一个人工神经元阵列，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。

研究人员现在将在芯片中添加更多的传感和处理能力。

“我们可以在手机摄像头中添加层，以便它可以识别更复杂的图像，或将其制作成可以嵌入可穿戴电子皮肤的医疗监测器，”Choi 说。

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

“我们可以制作一个通用芯片平台，每个层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，例如用于图像或语音识别，并让客户选择他们想要的，然后将其添加到现有的芯片中，如乐高积木。”