В США специалисты Массачусетского технологического института (MIT) представили созданный ими новый дизайн для реконфигурируемого чипа искусственного интеллекта, приспособленного для замены и расширения существующих датчиков и процессоров по принципу действия элементов конструктора LEGO. Об этом сообщает официальный сайт MIT. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Инженеры Массачусетского технологического института сделали важный шаг к «модульному» видению высокотехнологичных устройств будущего, создав похожий на LEGO дизайн для штабелируемого реконфигурируемого чипа искусственного интеллекта. Конструкция включает чередующиеся слои чувствительных и обрабатывающих элементов, а также светоизлучающие диоды (LED), которые обеспечивают оптическую связь между слоями чипа.
В традиционных конструкциях модульных микросхем для передачи сигналов между уровнями используется обычная проводка. Такие соединения трудно, если вообще возможно, разорвать и перемонтировать, что делает такие наращиваемые конструкции нереконфигурируемыми.
В новой конструкции MIT для передачи информации через чип используется свет, а не физические провода. Таким образом, чип можно реконфигурировать, заменяя слои или накладывая их друг на друга, например, для добавления новых датчиков или обновленных процессоров.
«Вы можете добавить столько вычислительных уровней и датчиков, сколько захотите, например, для света, давления и даже запаха. Мы называем это реконфигурируемым ИИ-чипом, подобным LEGO, потому что он имеет неограниченные возможности расширения в зависимости от комбинации слоев», – пояснил постдоктор MIT Джихун Кан.
Исследователи стремятся применить этот дизайн к периферийным вычислительным устройствам – самодостаточным датчикам и другой электронике, которая работает независимо от любых центральных или распределенных ресурсов, таких как суперкомпьютеры или облачные вычисления.
«По мере того, как мы вступаем в эпоху Интернета вещей, основанного на сенсорных сетях, спрос на многофункциональные устройства для периферийных вычислений будет резко расти. Предлагаемая нами аппаратная архитектура обеспечит высокую универсальность граничных вычислений в будущем», отметил Джихван Ким, доцент кафедры машиностроения MIT.
Дизайн команды MIT в настоящее время сконфигурирован для выполнения основных задач распознавания изображений. Он делает это с помощью наслоения датчиков изображения, светодиодов и процессоров, сделанных из искусственных синапсов — массивов резисторов памяти («мемристоров»), которые вместе функционируют как физическая нейронная сеть. Каждый массив можно обучить обрабатывать и классифицировать сигналы непосредственно на чипе, без необходимости использования внешнего программного обеспечения или подключения к Интернету.
В своей новой конструкции чипа исследователи соединили датчики изображения с искусственными массивами синапсов, каждый из которых они научили распознавать определенные буквы. В то время как обычный подход заключался бы в передаче сигналов датчика на процессор через физические провода, здесь используется оптическая система между каждым датчиком и массивом, не требующая физического соединения.
Система оптической связи состоит из парных фотодетекторов и светодиодов, каждый из которых имеет крошечные пиксели. Фотодетекторы представляют собой датчик изображения для приема данных, а светодиоды служат для передачи данных на следующий слой. Когда сигнал (например, изображение буквы) достигает датчика изображения, световой рисунок изображения кодирует определенную конфигурацию светодиодных пикселей, которые, в свою очередь, стимулируют другой слой фотодетекторов вместе с искусственным массивом синапсов, который классифицирует сигнал на основе схемы и параметров входящего светодиодного света.
Команда MIT изготовила один тестовый чип с вычислительным ядром размером около 4 квадратных миллиметров. Он состоит из трех «блоков» распознавания изображений, каждый из которых включает датчик изображения, слой оптической связи и массив искусственных синапсов для классификации. Исследователи установили, что чип правильно классифицировал четкие изображения каждой буквы, но был менее способен различать размытые изображения, и в дальнейшем смогли усовершенствовать слой обработки чипа для более точной идентификации.
Исследователи планируют добавить в чип дополнительные возможности распознавания и обработки, и они предполагают, что приложения будут безграничными. Наиболее перспективная идея видится ими в модульных чипах, встроенных в электронику, которые потребители могут выбрать для сборки с новейшими датчиками и процессорными «кирпичиками».
«Мы можем сделать общую платформу для чипов. При этом каждый слой можно будет продавать отдельно, например, как сейчас это делается с видеоиграми. Это позволит клиенту выбирать из различных типов нейронных сетей то, что он хочет, и добавлять это к существующему чипу, действующему по принципу конструктора LEGO», – сказал Джихван Ким.
Результаты работы научной команды, в которую кроме специалистов MIT входят также сотрудники из Гарвардского университета (США), Университета Цинхуа и Чжэцзянского университета (КНР), опубликованы в Nature Electronics. Данное исследование было частично поддержано Министерством торговли, промышленности и энергетики Южной Кореи, Корейским институтом науки и технологий (KIST) и корпорацией Samsung.