يقوم مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ببناء رقاقة ذكاء اصطناعي قابلة لإعادة التكوين تشبه LEGO
تصميم رقاقة AI الجديد قابل للتكديس وإعادة التشكيل، للتبديل والبناء على المستشعرات الحالية ومعالجات الشبكة العصبية.
تخيل مستقبلًا أكثر استدامة، حيث لا يتعين وضع الهواتف المحمولة والساعات الذكية والأجهزة الأخرى القابلة للارتداء على الرف أو التخلص منها للحصول على طراز أحدث. بدلاً من ذلك، يمكن ترقيتها بأحدث المستشعرات والمعالجات التي من شأنها أن تلتصق بالرقاقة الداخلية للجهاز – مثل مكعبات LEGO المدمجة في بنية قائمة. يمكن لمثل هذه البرامج الذكية القابلة لإعادة التكوين أن تحافظ على تحديث الأجهزة مع تقليل النفايات الإلكترونية لدينا.
الآن، اتخذ مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا خطوة نحو تلك الرؤية المعيارية بتصميم يشبه LEGO لشريحة ذكاء اصطناعي قابلة للتكديس وإعادة التشكيل.
يتألف التصميم من طبقات متناوبة من عناصر الاستشعار والمعالجة، إلى جانب الثنائيات الباعثة للضوء (LED) التي تسمح لطبقات الشريحة بالتواصل بصريًا. تستخدم تصميمات الرقائق المعيارية الأخرى الأسلاك التقليدية لترحيل الإشارات بين الطبقات. يصعب إن لم يكن من المستحيل قطع مثل هذه الوصلات المعقدة وإعادة الأسلاك، مما يجعل مثل هذه التصاميم القابلة للتكديس غير قابلة لإعادة التشكيل.
يستخدم تصميم معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الضوء، بدلاً من الأسلاك المادية، لنقل المعلومات عبر الشريحة. لذلك يمكن إعادة تكوين الشريحة، بطبقات يمكن تبديلها أو تكديسها، على سبيل المثال لإضافة أجهزة استشعار جديدة أو معالجات محدثة.
يقول Jihoon Kang ، باحث ما بعد الدكتوراة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “يمكنك إضافة العديد من طبقات ومستشعرات الحوسبة كما تريد، مثل الضوء والضغط وحتى الرائحة”. “نطلق على هذا شريحة AI قابلة لإعادة التكوين تشبه LEGO لأنها تتمتع بإمكانية توسيع غير محدودة اعتمادًا على مجموعة الطبقات.”
يتوق الباحثون إلى تطبيق التصميم على أجهزة الحوسبة المتطورة – أجهزة استشعار مكتفية ذاتيًا وغيرها من الأجهزة الإلكترونية التي تعمل بشكل مستقل عن أي موارد مركزية أو موزعة مثل أجهزة الكمبيوتر العملاقة أو الحوسبة السحابية.
يقول جيهوان كيم، الأستاذ المشارك في الهندسة الميكانيكية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “مع دخولنا عصر إنترنت الأشياء الذي يعتمد على شبكات الاستشعار، فإن الطلب على أجهزة الحوسبة المتطورة متعددة الوظائف سيتوسع بشكل كبير”. “ستوفر بنية الأجهزة المقترحة لدينا براعة عالية للحوسبة المتطورة في المستقبل.”
نُشرت نتائج الفريق في 13 يونيو 2022 في مجلة Nature Electronics . بالإضافة إلى كيم وكانغ ، يشمل مؤلفو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا المؤلفين المشاركين الأوائل تشانيول تشوي، وهيونسيوك كيم، ومين كيو سونغ ، والمؤلفين المساهمين هانول ييون،وسيليستا تشانغ، وجون مين سوه ، وجيهو شين، وكوانجي لو، وبو إن بارك، Yeongin Kim و Han Eol Lee و Doyoon Lee و Subeen Pang و Sang-Hoon Bae و Hun S. Kum و Peng Lin ، جنبًا إلى جنب مع متعاونين من جامعة هارفارد وجامعة تسينغهوا وجامعة تشجيانغ وأماكن أخرى.
إنارة الطريق
تم تكوين تصميم الفريق حاليًا لتنفيذ مهام التعرف على الصور الأساسية. يقوم بذلك عبر طبقات من مستشعرات الصور، ومصابيح LED، والمعالجات المصنوعة من المشابك الاصطناعية – صفائف من مقاومات الذاكرة “memristors” التي طورها الفريق سابقًا، والتي تعمل معًا كشبكة عصبية فيزيائية، أو “الدماغ على- رقاقة.” يمكن تدريب كل مجموعة على معالجة الإشارات وتصنيفها مباشرة على شريحة، الحاجة إلى برامج خارجية أو اتصال بالإنترنت.
في تصميم الرقاقة الجديد، قام الباحثون بإقران مستشعرات الصور بمصفوفات المشابك الاصطناعية، كل منها تدربوا على التعرف على أحرف معينة – في هذه الحالة، M وI و T. معالج عبر أسلاك مادية، قام الفريق بدلاً من ذلك بتصنيع نظام بصري بين كل مستشعر ومجموعة مشابك اصطناعية لتمكين الاتصال بين الطبقات، دون الحاجة إلى اتصال مادي.
يقول Hyunseok Kim ، باحث ما بعد الدكتوراة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “يتم توصيل الرقائق الأخرى فعليًا من خلال المعدن، مما يجعل من الصعب إعادة توصيلها وإعادة تصميمها، لذلك ستحتاج إلى إنشاء شريحة جديدة إذا كنت ترغب في إضافة أي وظيفة جديدة”. “لقد استبدلنا هذا الاتصال السلكي المادي بنظام اتصال بصري، مما يمنحنا حرية تكديس وإضافة الشرائح بالطريقة التي نريدها.”
يتكون نظام الاتصال البصري للفريق من أجهزة كشف ضوئية مقترنة ومصابيح LED، كل منها مزخرف بوحدات بكسل صغيرة. تشكل أجهزة الكشف الضوئي مستشعر صورة لتلقي البيانات، ومصابيح LED لنقل البيانات إلى الطبقة التالية. عندما تصل إشارة (على سبيل المثال صورة حرف) إلى مستشعر الصورة، فإن نمط ضوء الصورة يشفر تكوينًا معينًا من وحدات البكسل LED، والتي بدورها تحفز طبقة أخرى من أجهزة الكشف الضوئية، جنبًا إلى جنب مع مصفوفة المشبك الاصطناعي، والتي تصنف الإشارة على أساس على نمط وقوة ضوء LED الوارد.
التكدس
صنع الفريق شريحة واحدة، مع قلب حاسوبي يبلغ قياسه حوالي 4 ملليمترات مربعة، أو حوالي حجم قطعة قصاصات ورق. الرقاقة مكدسة بثلاث “كتل” للتعرف على الصور، كل منها يشتمل على مستشعر صورة وطبقة اتصال بصري ومصفوفة مشابك اصطناعية لتصنيف واحد من ثلاثة أحرف، M أو I أو T. الرقاقة وقياس التيار الكهربائي الذي أنتجته كل مجموعة شبكة عصبية استجابة. (كلما زاد التيار، زادت فرصة أن تكون الصورة هي بالفعل الحرف الذي تم تدريب المصفوفة المعينة على التعرف عليه.)
وجد الفريق أن الرقاقة صنفت بشكل صحيح صورًا واضحة لكل حرف، لكنها كانت أقل قدرة على التمييز بين الصور الباهتة، على سبيل المثال بين I و T. ومع ذلك، تمكن الباحثون بسرعة من تبديل طبقة معالجة الشريحة للحصول على “أفضل”. تقليل الضوضاء “، والعثور على الشريحة ثم تحديد الصور بدقة.
“لقد أظهرنا قابلية التجميع، وإمكانية الاستبدال، والقدرة على إدخال وظيفة جديدة في الرقاقة”، يلاحظ مين-كيو سونغ ، باحث ما بعد الدكتوراة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
يخطط الباحثون لإضافة المزيد من قدرات الاستشعار والمعالجة إلى الشريحة، ويتصورون أن التطبيقات لا حدود لها.
“يمكننا إضافة طبقات إلى كاميرا الهاتف المحمول حتى تتمكن من التعرف على الصور الأكثر تعقيدًا، أو تحويلها إلى شاشات الرعاية الصحية التي يمكن تضمينها في الجلد الإلكتروني القابل للارتداء”، هذا ما تقدمه تشوي، التي طورت مع كيم سابقًا بشرة “ذكية” للمراقبة الحيوية علامات.
ويضيف أن هناك فكرة أخرى تتعلق بالرقائق المعيارية، المدمجة في الإلكترونيات، والتي يمكن للمستهلكين اختيار بنائها باستخدام أحدث “طوب” أجهزة الاستشعار والمعالجات.
يقول Jeehwan Kim: “يمكننا إنشاء منصة شرائح عامة، ويمكن بيع كل طبقة بشكل منفصل مثل لعبة فيديو”. “يمكننا إنشاء أنواع مختلفة من الشبكات العصبية، مثل التعرف على الصور أو الصوت، والسماح للعميل باختيار ما يريد، والإضافة إلى شريحة موجودة مثل LEGO.”
المصدر: scitechdaily
قد يهمك:
