Исследователи из Принстонского инженерного центра и Индийского технологического института использовали искусственный интеллект, чтобы сделать важный шаг к сокращению времени и затрат на разработку новых беспроводных чипов и открытию новых функций для удовлетворения растущего спроса на более высокую скорость и производительность беспроводной связи. В статье, опубликованной 30 декабря в Nature Communications, исследователи описывают свою методологию, в рамках которой ИИ создаёт сложные электромагнитные структуры и связанные с ними схемы в микрочипах на основе параметров проектирования. То, что раньше требовало недель высококвалифицированной работы, теперь можно выполнить за несколько часов.
Более того, ИИ, лежащий в основе новой системы, создал странные новые конструкции с необычными схемами. Каушик Сенгупта, ведущий исследователь, сказал, что эти конструкции нелогичны и вряд ли были бы разработаны человеком. Но они часто значительно превосходят даже лучшие стандартные чипы.
«Мы создаём сложные структуры, которые выглядят как случайные формы, и при подключении к схемам они обеспечивают ранее недостижимую производительность. Люди не могут их полностью понять, но они могут работать лучше», — сказал Сенгупта, профессор электротехники и вычислительной техники и содиректор NextG, программы партнёрства Принстона с промышленностью для разработки коммуникаций нового поколения.
Эти схемы можно модифицировать для более энергоэффективной работы или сделать их работоспособными в огромном диапазоне частот, что в настоящее время невозможно. Кроме того, этот метод позволяет синтезировать сложные структуры за считаные минуты, в то время как на реализацию традиционных алгоритмов могут уходить недели. В некоторых случаях новая методология позволяет создавать структуры, которые невозможно синтезировать с помощью существующих методов.
Удай Ханкходж, соавтор и доцент кафедры электротехники в Индийском технологическом институте в Мадрасе, сказал, что новая технология не только повышает эффективность, но и обещает открыть новые подходы к решению задач проектирования, которые были недоступны инженерам.
«Эта работа представляет собой убедительное видение будущего, — сказал он. — ИИ не только ускоряет трудоёмкое электромагнитное моделирование, но и позволяет исследовать доселе неизведанное пространство проектирования и создавать потрясающие высокопроизводительные устройства, которые противоречат общепринятым правилам и человеческой интуиции».
Беспроводные чипы представляют собой комбинацию стандартных электронных схем, таких как те, что используются в компьютерных чипах, и электромагнитных структур, включая антенны, резонаторы, делители сигнала, сумматоры и другие элементы. Эти комбинации элементов собраны в каждом блоке схемы, тщательно продуманы и спроектированы для оптимальной работы. Затем этот метод масштабируется для других схем, подсистем и систем, что делает процесс проектирования чрезвычайно сложным и трудоёмким, особенно для современных высокопроизводительных чипов, используемых в таких приложениях, как беспроводная связь, автономное вождение, радар и распознавание жестов.
«В классических конструкциях эти схемы и электромагнитные элементы тщательно собираются по частям, чтобы сигнал проходил в чипе так, как мы хотим. Изменяя эти структуры, мы получаем новые свойства, — сказал Сенгупта. — Раньше у нас был ограниченный выбор, но теперь возможностей гораздо больше».
Трудно представить, насколько обширно пространство для проектирования беспроводных чипов. Схемы в современных чипах настолько малы, а геометрия настолько детализирована, что количество возможных конфигураций чипа превышает количество атомов во Вселенной, сказал Сенгупта. Человеку невозможно понять такой уровень сложности, поэтому разработчики-люди и не пытаются. Они создают чипы снизу вверх, добавляя компоненты по мере необходимости и корректируя дизайн по мере сборки.
По словам Сенгупты, ИИ подходит к задаче с другой точки зрения. Он рассматривает чип как единое целое. Это может привести к странным, но эффективным решениям. Он сказал, что люди играют важнейшую роль в системе ИИ, отчасти потому, что ИИ может создавать как неэффективные, так и эффективные решения. ИИ может создавать неработающие элементы, по крайней мере, на данный момент. Это требует определённого уровня контроля со стороны человека.
«Есть подводные камни, которые по-прежнему требуют участия человека-дизайнера, — сказал Сенгупта. — Дело не в том, чтобы заменить человека-дизайнера инструментами. Дело в том, чтобы повысить производительность с помощью новых инструментов. Человеческий разум лучше всего подходит для создания или изобретения чего-то нового, а более рутинную, утилитарную работу можно переложить на эти инструменты».
Исследователи использовали ИИ для поиска и проектирования сложных электромагнитных структур, которые разрабатываются совместно с электронными схемами для создания широкополосных усилителей. Сенгупта сказал, что будущие исследования будут включать в себя объединение нескольких структур и проектирование целых беспроводных микросхем с помощью системы ИИ.
«Теперь, когда это показало свою эффективность, мы прилагаем больше усилий, чтобы подумать о более сложных системах и конструкциях, — сказал он. — Это лишь верхушка айсберга с точки зрения того, что ждёт эту область в будущем».
Сообщение ИИ экономит затраты и время на проектирование микросхем, попутно изобретая то, что никогда бы не придумал человек появились сначала на Время электроники.
