La nouvelle conception est empilable et reconfigurable, pour échanger et s’appuyer sur les capteurs et les processeurs de réseau neuronal existants –


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  • Imaginez un avenir plus durable, où les téléphones portables, les montres intelligentes et autres appareils portables n’ont pas à être mis de côté ou jetés pour un modèle plus récent. Au lieu de cela, ils pourraient être mis à niveau avec les derniers capteurs et processeurs qui s’enclencheraient sur la puce interne d’un appareil, comme des briques LEGO incorporées dans une construction existante. Ces puces reconfigurables pourraient maintenir les appareils à jour tout en réduisant nos déchets électroniques.

    Les ingénieurs du MIT ont maintenant fait un pas vers cette vision modulaire avec une conception de type LEGO pour une puce d’intelligence artificielle empilable et reconfigurable.

    La conception comprend des couches alternées d’éléments de détection et de traitement, ainsi que des diodes électroluminescentes (DEL) qui permettent aux couches de la puce de communiquer optiquement. D’autres conceptions de puces modulaires utilisent un câblage conventionnel pour relayer les signaux entre les couches. De telles connexions complexes sont difficiles, voire impossibles, à couper et à recâbler, ce qui rend ces conceptions empilables non reconfigurables.

    La conception du MIT utilise de la lumière plutôt que des fils physiques pour transmettre des informations via la puce. La puce peut donc être reconfigurée, avec des couches qui peuvent être échangées ou empilées, par exemple pour ajouter de nouveaux capteurs ou des processeurs mis à jour.

    « Vous pouvez ajouter autant de couches informatiques et de capteurs que vous le souhaitez, par exemple pour la lumière, la pression et même l’odeur », explique Jihoon Kang, post-doctorant au MIT. « Nous appelons cela une puce IA reconfigurable de type LEGO car elle a une extensibilité illimitée en fonction de la combinaison de couches. »

    Les chercheurs sont impatients d’appliquer la conception aux dispositifs informatiques de pointe – des capteurs autonomes et d’autres appareils électroniques qui fonctionnent indépendamment de toute ressource centrale ou distribuée comme les superordinateurs ou l’informatique en nuage.

    « Alors que nous entrons dans l’ère de l’internet des objets basé sur les réseaux de capteurs, la demande d’appareils informatiques multifonctions de pointe augmentera considérablement », déclare Jeehwan Kim, professeur agrégé de génie mécanique au MIT. « Notre architecture matérielle proposée offrira une grande polyvalence de l’informatique de pointe à l’avenir. »

    Les résultats de l’équipe sont publiés dans Électronique naturelle. Outre Kim et Kang, les auteurs du MIT incluent les co-premiers auteurs Chanyeol Choi, Hyunseok Kim et Min-Kyu Song, ainsi que les auteurs contributeurs Hanwool Yeon, Celesta Chang, Jun Min Suh, Jiho Shin, Kuangye Lu, Bo-In Park, Yeongin Kim, Han Eol Lee, Doyoon Lee, Subeen Pang, Sang-Hoon Bae, Hun S. Kum et Peng Lin, ainsi que des collaborateurs de l’Université Harvard, de l’Université Tsinghua, de l’Université Zhejiang et d’ailleurs.

    Eclairer le chemin

    La conception de l’équipe est actuellement configurée pour effectuer des tâches de base de reconnaissance d’images. Il le fait via une superposition de capteurs d’image, de LED et de processeurs fabriqués à partir de synapses artificielles – des réseaux de résistances de mémoire, ou « memristors », que l’équipe a précédemment développés, qui fonctionnent ensemble comme un réseau neuronal physique, ou « brain-on ». -une puce. » Chaque baie peut être formée pour traiter et classer les signaux directement sur une puce, sans avoir besoin de logiciel externe ou de connexion Internet.

    Dans leur nouvelle conception de puce, les chercheurs ont associé des capteurs d’image à des réseaux de synapses artificielles, chacun d’entre eux étant entraîné à reconnaître certaines lettres – dans ce cas, M, I et T. Alors qu’une approche conventionnelle consisterait à relayer les signaux d’un capteur à un processeur via des fils physiques, l’équipe a plutôt fabriqué un système optique entre chaque capteur et un réseau de synapses artificielles pour permettre la communication entre les couches, sans nécessiter de connexion physique.

    « D’autres puces sont physiquement câblées à travers du métal, ce qui les rend difficiles à recâbler et à reconcevoir, vous auriez donc besoin de créer une nouvelle puce si vous vouliez ajouter une nouvelle fonction », explique le post-doctorant du MIT Hyunseok Kim. « Nous avons remplacé cette connexion filaire physique par un système de communication optique, ce qui nous donne la liberté d’empiler et d’ajouter des puces comme nous le souhaitons. »

    Le système de communication optique de l’équipe consiste en une paire de photodétecteurs et de LED, chacune ornée de minuscules pixels. Les photodétecteurs constituent un capteur d’image pour recevoir des données et des LED pour transmettre des données à la couche suivante. Lorsqu’un signal (par exemple, l’image d’une lettre) atteint le capteur d’image, le motif lumineux de l’image code une certaine configuration de pixels LED, qui à son tour stimule une autre couche de photodétecteurs, ainsi qu’un réseau de synapses artificielles, qui classe le signal en fonction sur le modèle et la force de la lumière LED entrante.

    S’empiler

    L’équipe a fabriqué une seule puce, avec un cœur de calcul mesurant environ 4 millimètres carrés, soit environ la taille d’un morceau de confetti. La puce est empilée avec trois « blocs » de reconnaissance d’image, chacun comprenant un capteur d’image, une couche de communication optique et un réseau de synapses artificielles pour classer l’une des trois lettres, M, I ou T. Ils ont ensuite projeté une image pixélisée de lettres aléatoires sur la puce et mesuré le courant électrique que chaque réseau de neurones produit en réponse. (Plus le courant est grand, plus il y a de chances que l’image soit bien la lettre que le tableau particulier est entraîné à reconnaître.)

     » débruitage « processeur, et trouvé la puce puis identifié avec précision les images.

    « Nous avons montré l’empilabilité, la remplaçabilité et la capacité d’insérer une nouvelle fonction dans la puce », note Min-Kyu Song, postdoc au MIT.

    Les chercheurs prévoient d’ajouter plus de capacités de détection et de traitement à la puce, et ils envisagent des applications illimitées.

    « Nous pouvons ajouter des couches à l’appareil photo d’un téléphone portable afin qu’il puisse reconnaître des images plus complexes, ou les transformer en moniteurs de soins de santé qui peuvent être intégrés dans une peau électronique portable », propose Choi, qui, avec Kim, a précédemment développé une peau « intelligente » pour la surveillance vitale. panneaux.

    Une autre idée, ajoute-t-il, concerne les puces modulaires, intégrées à l’électronique, que les consommateurs peuvent choisir de construire avec les dernières « briques » de capteurs et de processeurs.

    « Nous pouvons créer une plate-forme de puces générale, et chaque couche pourrait être vendue séparément comme un jeu vidéo », explique Jeehwan Kim. « Nous pourrions créer différents types de réseaux de neurones, comme pour la reconnaissance d’images ou de voix, et laisser le client choisir ce qu’il veut, et ajouter à une puce existante comme un LEGO. »

    Cette recherche a été soutenue, en partie, par le ministère du Commerce, de l’Industrie et de l’Énergie (MOTIE) de Corée du Sud ; l’Institut coréen des sciences et technologies (KIST); et le programme mondial de sensibilisation à la recherche de Samsung.

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