ИИ создаёт необычные микросхемы беспроводной связи, работающие лучше человеческих

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 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