ИИ «создаёт» необычные микросхемы беспроводной связи, работающие лучше человеческих, рассматривая чип как единое целое, что даёт странные, но эффективные решения

отметили
12
человека
ИИ «создаёт» необычные микросхемы беспроводной связи, работающие лучше человеческих, рассматривая чип как единое целое, что даёт странные, но эффективные решения

Исследователи из Принстонской инженерной школы и Индийского института технологий (IIT) использовали искусственный интеллект (ИИ), чтобы значительно сократить время и стоимость разработки новых чипов беспроводной связи. В статье, опубликованной 30 декабря в журнале Nature Communications, исследователи описывают свою методологию, в рамках которой ИИ создает по заданным параметрам сложные электромагнитные структуры и связанные с ними схемы в микрочипах. То, что раньше занимало недели высококвалифицированной работы, теперь можно выполнить за несколько часов. Более того, ИИ, лежащий в основе новой системы, создал конструкции с необычными схемными узорами. Каушик Сенгупта (Kaushik Sengupta), ведущий исследователь, отметил, что эти конструкции неочевидны и вряд ли могли бы быть разработаны человеческим разумом. Однако они часто демонстрируют значительные улучшения даже по сравнению с лучшими стандартными чипами.

«Мы создаем структуры, которые сложны и выглядят случайно, но при подключении к схемам они обеспечивают ранее недостижимую производительность. Люди не могут полностью понять их, но они работают лучше,» — сказал Сенгупта, профессор электротехники и компьютерной инженерии, а также содиректор программы NextG Принстона, направленной на развитие коммуникаций следующего поколения.

Эти схемы могут быть оптимизированы для более энергоэффективной работы или для обеспечения их работы в огромном диапазоне частот, что в настоящее время недостижимо. Более того, методика позволяет синтезировать сложные структуры за считанные минуты, в то время как традиционные алгоритмы могут требовать недель. В некоторых случаях новая методология позволяет создавать конструкции, которые невозможно синтезировать с использованием существующих техник.

Увеличенное изображение схемы чипа в лаборатории Сенгупты в Принстоне.

Удай Ханкходже (Uday Khankhoje), соавтор статьи и доцент электротехники из IIT Madras, отметил, что новая методика не только повышает эффективность, но и открывает путь к новым подходам в проектировании, которые были ранее недоступны для инженеров. «Эта работа предлагает убедительное видение будущего,» — сказал он. — «ИИ не только ускоряет выполнение трудоемких электромагнитных симуляций, но и позволяет исследовать ранее неизведанное пространство проектирования, создавая устройства с поразительной производительностью, которые нарушают обычные правила проектирования и интуицию.»

Беспроводные чипы представляют собой сочетание стандартных электронных схем, таких как в компьютерных микросхемах, и электромагнитных структур, включая антенны, резонаторы, делители сигналов, комбайнеры и другие элементы. Эти комбинации элементов создаются в каждом блоке схемы, тщательно разрабатываются и настраиваются для оптимальной работы. Этот процесс затем масштабируется на другие схемы, подсистемы и системы, что делает проектирование чрезвычайно сложным и трудоемким, особенно для современных высокопроизводительных чипов, используемых в таких приложениях, как беспроводная связь, автономное вождение, радары и распознавание жестов.

«Классические конструкции поэтапно соединяют схемы и электромагнитные элементы таким образом, чтобы сигнал протекал в чипе так, как мы этого хотим,» — объяснил Сенгупта. — «Изменяя эти структуры, мы добавляем новые свойства. Ранее у нас был ограниченный набор вариантов, а теперь возможностей стало гораздо больше.»

Увеличенное изображение схемы чипа демонстрирует необычные закономерности.

Трудно осознать масштаб пространства проектирования беспроводного чипа. Геометрия схем настолько детализирована, что количество возможных конфигураций превышает количество атомов во Вселенной, отметил Сенгупта. Человеческий разум не способен понять такую степень сложности, поэтому проектировщики создают чипы снизу вверх, добавляя компоненты по мере необходимости и корректируя дизайн по ходу разработки.

ИИ подходит к этой задаче с иной точки зрения. Он рассматривает чип как единое целое, что может привести к странным, но эффективным решениям. Однако, по словам Сенгупты, люди играют важную роль в этой системе ИИ, поскольку он может создавать как удачные, так и ошибочные конструкции. Иногда ИИ «галлюцинирует» элементы, которые не работают, по крайней мере на данный момент, что требует человеческого вмешательства.

«Пока остаются подводные камни, которые требуют коррекции со стороны дизайнеров,» — сказал Сенгупта. — «Цель не в том, чтобы заменить людей инструментами, а в том, чтобы повысить производительность с помощью новых инструментов. Человеческий разум лучше всего подходит для создания и изобретения нового, а рутинные, утилитарные задачи можно выполнять с помощью подобных инструментов.»

Исследователи использовали искусственный интеллект для обнаружения и проектирования сложных электромагнитных структур, которые совместно со схемотехническими решениями позволяют создавать широкополосные усилители. Сенгупта отметил, что будущее исследование будет направлено на объединение нескольких структур и полное проектирование беспроводных чипов с использованием ИИ. «Теперь, когда этот метод показал свою перспективность, появляется более масштабное движение в направлении создания сложных систем и конструкций,» — сказал он. — «Это лишь вершина айсберга в том, что ждет эту область в будущем.»

Источник: Princeton Engeneering

Добавил suare suare 4 часа 37 минут назад
Дополнения:

AI slashes cost and time for chip design, but that is not all

By

John Sullivan

on

January 6, 2025

Specialized microchips that manage signals at the cutting edge of wireless technology are astounding works of miniaturization and engineering. They’re also difficult and expensive to design.

Now, researchers at Princeton Engineering and the Indian Institute of Technology have harnessed artificial intelligence to take a key step toward slashing the time and cost of designing new wireless chips and discovering new functionalities to meet expanding demands for better wireless speed and performance. In an article published Dec. 30 in Nature Communications, the researchers describe their methodology, in which an AI creates complicated electromagnetic structures and associated circuits in microchips based on the design parameters. What used to take weeks of highly skilled work can now be accomplished in hours.

What is more, the AI behind the new system has produced strange new designs featuring unusual patterns of circuitry. Kaushik Sengupta, the lead researcher, said the designs were unintuitive and unlikely to be developed by a human mind. But they frequently offer marked improvements over even the best standard chips.

Professor Kaushik Sengupta, left, and first author Emir Ali Karahan, a gradate student in electrical and computer engineering. Photos by Tori Repp/Fotobuddy

“We are coming up with structures that are complex and look random shaped and when connected with circuits, they create previously unachievable performance. Humans cannot really understand them, but they can work better,” said Sengupta, a professor of electrical and computer engineering and co-director of NextG, Princeton’s industry partnership program to develop next-generation communications.

These circuits can be engineered toward more energy efficient operation or to make them operable across an enormous frequency range that is not currently possible. Furthermore, the method synthesizes inherently complex structures in minutes, while conventional algorithms may take weeks. In some cases, the new methodology can create structures that are impossible to synthesize with current techniques.

An enlarged image of the chip’s circuitry in Sengupta’s lab at Princeton.

Uday Khankhoje, a co-author and associate professor of electrical engineering at IIT Madras, said the new technique not only delivers efficiency but promises to unlock new approaches to design challenges that have been beyond the capability of engineers.

“This work presents a compelling vision of the future,” he said. “AI powers not just the acceleration of time-consuming electromagnetic simulations, but also enables exploration into a hitherto unexplored design space and delivers stunning high-performance devices that run counter to the usual rules of thumb and human intuition.”

Wireless chips are a combination of standard electronic circuits like those in computer chips and electromagnetic structures including antennas, resonators, signal splitters, combiners and others. These combinations of elements are put together in every circuit block, carefully handcrafted and co-designed to operate optimally. This method is then scaled to other circuits, sub-systems and systems, making the design process extremely complex and time consuming, particularly for modern, high-performance chips behind applications like wireless communication, autonomous driving, radar and gesture recognition.

“Classical designs, carefully, put these circuits and electromagnetic elements together, piece by piece, so that the signal flows in the way we want it to flow in the chip. By changing those structures, we incorporate new properties,” Sengupta said. “Before, we had a finite way of doing this, but now the options are much larger.”

An enlarged image of the chip’s circuitry shows unusual patterns.

It can be hard to comprehend the vastness of a wireless chip’s design space. The circuitry in an advanced chip is so small, and the geometry so detailed, that the number of possible configurations for a chip exceeds the number of atoms in the universe, Sengupta said. There is no way for a person to understand that level of complexity, so human designers don’t try. They build chips from the bottom up, adding components as needed and adjusting the design as they build.

The AI approaches the challenge from a different perspective, Sengupta said. It views the chip as a single artifact. This can lead to strange, but effective arrangements. He said humans play a critical role in the AI system, in part because that AI can make faulty arrangements as well as efficient ones. It is possible for AI to hallucinate elements that don’t work, at least for now. This requires some level of human oversight.

“There are pitfalls that still require human designers to correct,” Sengupta said. “The point is not to replace human designers with tools. The point is to enhance productivity with new tools. The human mind is best utilized to create or invent new things, and the more mundane, utilitarian work can be offloaded to these tools.”

The researchers have used AI to discover and design complex electromagnetic structures that are co-designed with circuits to create broadband amplifiers. Sengupta said future research will involve linking multiple structures and designing entire wireless chips with the AI system.

“Now that this has shown promise, there is a larger effort to think about more complicated systems and designs,” he said. “This is just the tip of the iceberg in terms of what the future holds for the field.”

The article, “Deep-learning Enabled Generalized Inverse Design of Multi-Port Radio-frequency and Sub-Terahertz Passives and Integrated Circuits,” was published Dec. 30, 2024, in the journal Nature Communications. Besides Sengupta, authors included Emir Ali Karahan, the lead author and a graduate student at Princeton; Zheng Liu, Zijian Shao and Jonathan Zhou of Princeton; and Aggraj Gupta and Uday Khankhoje of the Indian Institute of Technology Madras. Support for the research was provided in part by the Air Force Office of Scientific Research, the Office of Naval Research, Princeton Research Computing and the M. S. Chadha Center for Global India at Princeton University.

Добавил suare suare 3 часа 50 минут назад
Комментарии участников:
Lynnot78
0
Lynnot78, 44 минуты назад , url

Однако, по словам Сенгупты, люди играют важную роль в этой системе ИИ, поскольку он может создавать как удачные, так и ошибочные конструкции. Иногда ИИ «галлюцинирует» элементы, которые не работают, по крайней мере на данный момент, что требует человеческого вмешательства.

 Всё как у людей — бывает,  что получается хорошо. Бывает, что не очень  или вообще никак... 



Войдите или станьте участником, чтобы комментировать