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.
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.»
Трудно осознать масштаб пространства проектирования беспроводного чипа. Геометрия схем настолько детализирована, что количество возможных конфигураций превышает количеств�� 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
