Los microchips especializados que gestionan señales están a la vanguardia de la tecnología inalámbrica, una maravilla de la miniaturización y la ingeniería. También son difíciles y costosos de diseñar.
Ahora, investigadores de Princeton Engineering y el Instituto Indio de Tecnología han descubierto nuevas funciones que utilizan inteligencia artificial para reducir el tiempo y el costo de diseñar nuevos chips inalámbricos y satisfacer las crecientes demandas de una mejor velocidad y rendimiento inalámbricos. En un artículo publicado el 30 de diciembre comunicación de la naturaleza, Los investigadores describen su método, en el que una IA construye estructuras electromagnéticas complejas y circuitos conectados en microchips basándose en parámetros de diseño. Lo que antes requería semanas de trabajo altamente cualificado ahora se puede completar en horas.
Es más, la IA detrás del nuevo sistema ha producido diseños extraños con patrones de circuitos inusuales. El investigador principal, Kaushik Sengupta, dijo que los diseños no eran naturales y que era poco probable que hubieran sido desarrollados por la mente humana. Pero a menudo ofrecen mejoras significativas con respecto a los mejores chips estándar.
“Estamos creando estructuras que son complejas y aparentemente aleatorias, y cuando se conectan a circuitos, producen un rendimiento que antes era inalcanzable. Los humanos realmente no pueden entenderlas, pero funcionan mejor”, dijo Sengupta, profesor de electricidad y ingeniero informático y codirector de NextG, el programa de asociación industrial de Princeton para el desarrollo de comunicaciones de próxima generación.
Estos circuitos pueden diseñarse para un funcionamiento más eficiente desde el punto de vista energético o permitirse que funcionen en un rango de frecuencia mucho más amplio que actualmente no es posible. Además, este método sintetiza inherentemente estructuras complejas en minutos, mientras que los algoritmos tradicionales pueden tardar semanas. En algunos casos, la nueva metodología puede crear estructuras que son imposibles de sintetizar con las técnicas existentes.
Uday Khankhoje, coautor y profesor asociado de ingeniería eléctrica en IIT Madras, dijo que la nueva técnica no sólo ofrece eficiencia sino que también promete abrir nuevas formas de diseñar desafíos que están más allá de las capacidades de los ingenieros.
Dijo que este trabajo ofrece una gran visión de futuro. “La IA no sólo impulsa la aceleración de simulaciones electromagnéticas que requieren mucho tiempo, sino que también permite la exploración de un espacio de diseño hasta ahora inexplorado y proporciona impresionantes dispositivos de alto rendimiento que superan la normalidad del pulgar y la intuición humana.
Los chips inalámbricos son una combinación de circuitos electrónicos estándar, como chips de computadora y estructuras electromagnéticas que incluyen antenas, resonadores, divisores de señal, combinadores y otros. Estas combinaciones de elementos se reúnen en cada bloque de circuito, se elaboran cuidadosamente a mano y se diseñan conjuntamente para funcionar de manera óptima. Luego, el método se extiende a otros circuitos, subsistemas y sistemas, lo que hace que el proceso de diseño sea extremadamente complejo y requiere mucho tiempo, especialmente para aplicaciones como comunicación inalámbrica, conducción autónoma, radar y reconocimiento de señales para chips avanzados de alto rendimiento. la espalda.
“Los diseños clásicos, cuidadosamente, juntan estos circuitos y elementos electromagnéticos, pieza por pieza, para que la señal fluya como queremos que fluya en el chip. Al cambiar estas estructuras, agregamos nuevas características”, dijo Sengupta. “Antes teníamos una forma limitada de hacerlo, pero ahora las opciones son enormes”.
La inmensidad del espacio del diseño de chips inalámbricos puede resultar difícil de comprender. Sengupta dijo que los circuitos de un chip avanzado son tan pequeños y la geometría tan detallada que el número de configuraciones posibles para un solo chip es mayor que el número de átomos en el universo. No hay forma de que un humano comprenda este nivel de complejidad, por lo que los diseñadores humanos no lo intentan. Construyen chips desde cero, agregan componentes según sea necesario y ajustan el diseño a medida que construyen.
La IA aborda el desafío desde una perspectiva diferente, afirmó Sengupta. Trata el chip como una única muestra. Esto puede dar lugar a acuerdos extraños pero eficaces. Los humanos desempeñan un papel importante en los sistemas de IA, dijo, en parte porque la IA puede gestionarlos de manera deficiente y eficiente. Es posible que la IA falsifique elementos que no funcionan, al menos por ahora. Esto requiere cierto grado de supervisión humana.
“Hay fallas que aún requieren que los diseñadores humanos las corrijan”, dijo Sengupta. “El objetivo no es reemplazar a los diseñadores humanos con herramientas. El objetivo es aumentar la productividad con nuevas herramientas. La mente humana se utiliza mejor para crear o inventar cosas nuevas, y mucho más con esas herramientas. El trabajo útil y no esencial puede ser descargado.”
Los investigadores han utilizado la IA para descubrir y diseñar estructuras electromagnéticas complejas que se diseñan junto con circuitos para crear amplificadores de banda ancha. Sengupta dijo que la investigación futura implicará combinar múltiples estructuras y diseñar chips inalámbricos completos con sistemas de inteligencia artificial.
Ahora que se ha mostrado prometedor, hay un gran impulso para pensar en sistemas y diseños más complejos, afirmó. “Esto es sólo la punta del iceberg en términos de lo que depara el futuro en este campo.”
