Với mục tiêu thế giới bền vững hơn, các nhà nghiên cứu của MIT đã thành công trong việc phát triển chip AI mới giống LEGO. Hãy tưởng tượng một thế giới nơi điện thoại di động, đồng hồ thông minh và các thiết bị công nghệ đeo khác không cần phải bỏ đi hoặc vứt bỏ để mua một mẫu máy mới. Thay vào đó, chúng có thể được nâng cấp bằng các cảm biến và bộ xử lý mới nhất sẽ gắn vào chip bên trong của thiết bị – tương tự như cách các viên gạch LEGO có thể được tích hợp vào cấu trúc hiện có. Những con chip có thể cấu hình lại như vậy có thể giúp duy trì dòng điện cho các thiết bị đồng thời giảm thiểu rác thải điện tử. Điều này thực sự quan trọng vì điện toán xanh là chìa khóa cho một tương lai bền vững.
Con chip AI giống LEGO có thể lập trình lại này sẽ giảm lượng khí thải carbon
MIT các kỹ sư đã phát triển một con chip AI giống LEGO có thể xếp chồng lên nhau và lập trình lại được. Các lớp của chip giao tiếp nhờ vào các lớp thành phần cảm biến và xử lý xen kẽ nhau, cũng như điốt phát sáng (LED). Các thiết kế chip mô-đun khác sử dụng hệ thống dây điện thông thường để truyền tín hiệu giữa các lớp. Những kết nối phức tạp như vậy rất khó, nếu không nói là không thể, cắt và nối lại, khiến cho các cấu hình có thể xếp chồng lên nhau không thể cấu hình lại được.
Thay vì dựa vào dây dẫn vật lý, thiết kế của MIT sử dụng ánh sáng để truyền dữ liệu qua chip AI. Kết quả là, các lớp của chip có thể được hoán đổi hoặc thêm vào, chẳng hạn như để bao gồm các cảm biến bổ sung hoặc bộ xử lý mạnh hơn.
“Bạn có thể thêm nhiều lớp điện toán và cảm biến nhất có thể, chẳng hạn như ánh sáng, áp suất và thậm chí cả mùi. Chúng tôi gọi đây là chip AI có thể cấu hình lại giống LEGO vì nó có khả năng mở rộng không giới hạn tùy thuộc vào sự kết hợp của các lớp,” tiến sĩ Jihoon Kang của MIT cho biết.
Nhóm mong muốn áp dụng chiến lược này cho các thiết bị điện toán biên – cảm biến tự cung cấp và các thiết bị điện tử khác không phụ thuộc vào tài nguyên trung tâm hoặc phân tán như siêu máy tính hoặc điện toán dựa trên đám mây.
“Khi chúng ta bước vào kỷ nguyên Internet vạn vật dựa trên mạng cảm biến, nhu cầu về các thiết bị điện toán ranh giới đa chức năng sẽ tăng lên đáng kể. Jeehwan Kim, phó giáo sư kỹ thuật cơ khí tại MIT cho biết, kiến trúc phần cứng được đề xuất của chúng tôi sẽ mang lại tính linh hoạt cao cho điện toán biên trong tương lai.
Phát hiện của nhóm đã được công bố trên Điện tử tự nhiên. Ngoài các cộng tác viên từ Đại học Harvard, Đại học Thanh Hoa, Đại học Chiết Giang và các nơi khác, các tác giả của MIT bao gồm các tác giả đồng sáng lập Chanyeol Choi, Hyunseok Kim và Min-Kyu Song, cũng như các tác giả đóng góp Hanwool Yeon, Celesta Chang, Jun Min. Suh, Jiho Shin, Kuangye Lu, Bo-In Park, Yeongin Kim, Sang-Hoon Bae, Hun S. Kum Han Eol Lee, Doyoon Lee, Subeen Pang và Peng Lin.
Thiết kế của nhóm hiện đã được thiết lập để thực hiện các hoạt động nhận dạng hình ảnh cơ bản. Nó làm được điều đó bằng cách sử dụng một lớp cảm biến ảnh, đèn LED và bộ xử lý được tạo từ các khớp thần kinh nhân tạo – các mảng điện trở bộ nhớ hoặc “điện trở ghi nhớ” mà các nhà nghiên cứu đã phát triển trước đó, cùng hoạt động như một mạng lưới thần kinh vật lý hoặc “bộ não hoạt động”. -một con gà.” Mỗi mảng có thể được đào tạo để phân tích và xác định tín hiệu trên chip bán dẫn của nó mà không cần phần mềm bên ngoài hoặc kết nối Internet.
Các nhà nghiên cứu đã tạo ra một hệ thống quang học giữa mỗi cảm biến và mảng khớp thần kinh nhân tạo để cho phép giao tiếp giữa các lớp của chip AI mà không cần kết nối vật lý. Họ ghép nối các cảm biến hình ảnh với các mảng khớp thần kinh nhân tạo, mỗi mảng được huấn luyện để nhận dạng các chữ cái cụ thể—trong trường hợp này là M, I và T. Thay vì sử dụng các phương pháp truyền dẫn dựa trên dây thông thường để truyền tín hiệu của cảm biến đến bộ xử lý; nhóm đã xây dựng một mạng quang giữa mỗi cảm biến và mảng khớp thần kinh nhân tạo cho phép truyền thông tin mà không cần kết nối vật lý.
“Các con chip khác được nối dây vật lý thông qua kim loại, điều này khiến chúng khó đi dây lại và thiết kế lại, vì vậy bạn cần tạo một con chip mới nếu muốn thêm bất kỳ chức năng mới nào; chúng tôi đã thay thế kết nối dây vật lý đó bằng hệ thống liên lạc quang học, cho phép chúng tôi tự do xếp chồng và bổ sung chip theo cách chúng tôi muốn,” tiến sĩ Hyunseok Kim của MIT cho biết.
Hệ thống sử dụng các bộ tách sóng quang và đèn LED được ghép nối, mỗi bộ có hoa văn bằng các pixel nhỏ. Cảm biến hình ảnh bao gồm các bộ tách sóng quang, lấy dữ liệu và chuyển đến lớp tiếp theo. Khi tín hiệu (ví dụ: một chữ cái) đến cảm biến hình ảnh, mẫu ánh sáng sẽ mã hóa loại điểm ảnh LED nào được cấu hình để phản hồi, kích thích một lớp bộ tách sóng quang khác, cũng như mảng khớp thần kinh nhân tạo phân loại thông báo dựa trên cách thức có nhiều pixel LED và độ mạnh của chúng.
Một con chip AI duy nhất có lõi tính toán khoảng 4 milimét đã được chế tạo thành công. Chip AI được xếp chồng lên nhau với ba “khối” nhận dạng hình ảnh, mỗi khối được tạo thành từ một cảm biến hình ảnh, lớp giao tiếp quang học và mảng khớp thần kinh nhân tạo để xác định một trong ba chữ cái: M, I hoặc T.
Tiếp theo, họ chiếu một hình ảnh pixel gồm các chữ cái không xác định lên chip AI và ghi lại dòng điện do mỗi mảng mạng thần kinh tạo ra trong phản hồi. (Dòng điện càng lớn thì càng có nhiều khả năng hình ảnh đó là một chữ cái mà mảng cụ thể đã được huấn luyện để xác định.)
Các nhà khoa học phát hiện ra rằng chip AI xác định chính xác hình ảnh rõ ràng của từng chữ cái, nhưng kém chính xác hơn trong việc xác định giữa các hình ảnh mờ, chẳng hạn như I và T. Tuy nhiên, họ có thể thay thế lớp xử lý của chip bằng khả năng “khử nhiễu” vượt trội. ” xử lý rất nhanh và sau đó thiết bị sẽ xác định chính xác các bức ảnh.
Tiến sĩ Min-Kyu Song của MIT cho biết: “Chúng tôi đã cho thấy khả năng xếp chồng, khả năng thay thế và khả năng chèn một chức năng mới vào chip”.
Theo các nhà nghiên cứu, chip AI sẽ có nhiều khả năng cảm biến và xử lý hơn, ứng dụng sẽ là vô hạn. Choi giải thích: “Chúng tôi có thể thêm các lớp vào camera của điện thoại di động để nó có thể nhận dạng những hình ảnh phức tạp hơn hoặc biến chúng thành màn hình chăm sóc sức khỏe có thể được nhúng vào da điện tử có thể đeo được”.
Ông cho biết thêm, một giải pháp thay thế khác là dành cho các chip mô-đun được tích hợp vào các tiện ích mà người tiêu dùng có thể gắn vào để cải thiện trải nghiệm sử dụng máy tính của họ.
“Chúng tôi có thể tạo ra một nền tảng chip chung và mỗi lớp có thể được bán riêng lẻ như một trò chơi điện tử. Jeehwan Kim cho biết: “Chúng tôi có thể tạo ra các loại mạng thần kinh khác nhau, chẳng hạn như nhận dạng hình ảnh hoặc giọng nói, đồng thời cho phép khách hàng chọn thứ họ muốn và thêm vào một con chip hiện có như LEGO”.
Nghiên cứu này được thực hiện một phần bởi Bộ Thương mại, Công nghiệp và Năng lượng (MOTIE) tại Hàn Quốc, Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST) và Chương trình tiếp cận nghiên cứu toàn cầu của Samsung. Nếu bạn quan tâm đến AI, hãy xem những tiền thân tuyệt vời của Trí tuệ nhân tạo.
