Модульный оптический компьютерный чип позволяет наращивать сменные функции
Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) разработали модульный компьютерный чип с компонентами, которые могут обмениваться данными с помощью вспышек света. Это может позволить использовать электронику, которую можно легко модернизировать с помощью новых датчиков или процессоров, а не заменять весь чип.
Рынок электроники дошел до того, что многие потребители каждый год хотят менять смартфон на более новую, немного лучшую модель. Модернизация отдельных частей на самом деле не вариант для многих устройств, требующих замены всего устройства.
Модульность может иметь большое значение, позволяя пользователям обмениваться новыми или улучшенными функциями, такими как батареи большего размера или модернизированные камеры. Итак, в новом исследовании ученые продемонстрировала этот подход в рамках одного компьютерного чипа.
Модульный чип состоит из многоуровневых компонентов, таких как искусственный интеллект, процессоры и датчики, которые можно объединять или заменять, чтобы создать чип для выполнения определенных функций по мере необходимости или обновить его по мере появления новых технологий.
«Вы можете добавить столько вычислительных слоев и датчиков, сколько захотите, например, для света, давления и даже запаха», — говорит Джихун Кан, автор исследования.
«Мы называем это реконфигурируемым ИИ-чипом, подобным LEGO, потому что он имеет неограниченные возможности расширения в зависимости от комбинации слоев».
Но, пожалуй, больше всего впечатляет то, как слои этого чипа взаимодействуют друг с другом. Модульная электроника сталкивается с проблемой быстрой и простой связи новых и старых компонентов друг с другом. Однако чип MIT использует вспышки света для передачи информации между слоями.
Команда оснастила каждый многоуровневый компонент чипа светодиодами и фотодетекторами, которые совпадают с таковыми у следующего компонента. Когда одной части необходимо связаться с другой, она мигает своими светодиодными пикселями по определенной схеме, которая кодирует данные, которые могут интерпретировать фотодетекторы принимающего слоя.
Чтобы продемонстрировать эту конструкцию, ученые создали микросхему площадью 4 мм2 , состоящую из трех вычислительных слоев. Каждый слой содержал датчик изображения, систему оптической связи и искусственный массив синапсов, предназначенный для распознавания определенной буквы — М, I или Т.
Чтобы проверить это, исследователи подвергли чип распознаванию пиксельных изображений случайных букв, а затем измерили силу электрического тока, который производил каждый массив в ответ. Чем сильнее ток, тем лучше массив распознавал букву.
Используя этот процесс, команда обнаружила, что чип может очень хорошо классифицировать изображения букв, на которых он был обучен, если изображения были четкими, но менее хорошо — размытыми. Чтобы продемонстрировать модульность чипа, инженеры вставили в него «шумоподавляющий» процессор, который мог лучше справляться с размытыми изображениями, и, конечно же, улучшилось распознавание букв чипом.
«Мы продемонстрировали стекируемость, заменяемость и возможность вставлять в чип новую функцию», — сказал Мин-Кью Сонг, автор исследования.
Команда планирует применить эту технику к «периферийным вычислительным устройствам», которые представляют собой небольшие специализированные датчики для Интернета вещей.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Electronics.