Los microchips especializados que conducen señales a la vanguardia de la tecnología inalámbrica son maravillas de la miniaturización y la ingeniería. También son difíciles y costosos de diseñar.
Ahora, investigadores de Princeton Engineering y el Instituto Indio de Tecnología han utilizado la inteligencia artificial para dar un paso crítico en el diseño de nuevos chips inalámbricos para reducir el tiempo y el costo y descubrir nuevas funcionalidades para satisfacer la creciente demanda de una mejor velocidad y rendimiento inalámbricos. En un artículo publicado el 30 de diciembre comunicación de la naturaleza, Los investigadores describen su método, en el que una IA construye estructuras electromagnéticas complejas y circuitos asociados en microchips basándose en parámetros de diseño. Lo que antes requería semanas de trabajo altamente eficiente ahora se puede hacer en horas.
Es más, la IA detrás del nuevo sistema ha creado nuevos diseños extraños que presentan patrones de circuitos inusuales. El investigador principal, Kaushik Sengupta, dijo que los diseños son improvisados y es poco probable que hayan sido desarrollados por la mente humana. Pero a menudo ofrecen mejoras significativas incluso con respecto a los mejores chips estándar.
“Estamos creando estructuras que son complejas y tienen formas aleatorias y, cuando se conectan a circuitos, producen un rendimiento que antes era inalcanzable. La gente realmente no las entiende, pero pueden funcionar mejor”, dijo Sengupta, profesor de ingeniería eléctrica e informática. y . Codirector de NextG, el programa de asociación industrial de Princeton para el desarrollo de comunicaciones de próxima generación.
Estos circuitos pueden diseñarse para lograr un funcionamiento más eficiente desde el punto de vista energético o pueden funcionar en un amplio rango de frecuencias que actualmente no es posible. Además, el método sintetiza la compleja estructura subyacente en minutos, mientras que los algoritmos convencionales pueden tardar semanas. En algunos casos, los nuevos métodos pueden producir estructuras que son imposibles de sintetizar con las técnicas actuales.
Uday Khankhoje, coautor y profesor asociado de ingeniería eléctrica en el IIT Madras, dijo que la nueva técnica no sólo ofrece eficiencia sino que también promete desbloquear nuevos métodos para diseñar desafíos que estaban más allá de las capacidades de los ingenieros.
“Este trabajo presenta una interesante visión del futuro”, afirmó. “La IA no sólo impulsa la aceleración de simulaciones electromagnéticas que consumen mucho tiempo, sino que también permite la exploración de espacios de diseño hasta ahora inexplorados y ofrece impresionantes dispositivos de alto rendimiento que desafían las reglas generales y la intuición humana”.
Los chips inalámbricos son combinaciones de circuitos electrónicos estándar similares a chips de computadora y estructuras electromagnéticas que incluyen antenas, resonadores, divisores de señal, combinadores y otros. Estas combinaciones de componentes se reúnen en cada bloque de circuito, se elaboran cuidadosamente a mano y se diseñan conjuntamente para funcionar de manera óptima. Luego, este enfoque se amplía a otros circuitos, subsistemas y sistemas, lo que hace que el proceso de diseño sea extremadamente complejo y requiere mucho tiempo, especialmente para los chips modernos de alto rendimiento detrás de aplicaciones como comunicaciones inalámbricas, conducción autónoma, radar y reconocimiento de gestos.
“El diseño clásico ensambla cuidadosamente estos circuitos y componentes electromagnéticos, pieza por pieza, para que la señal fluya de la manera que queremos que fluya en el chip. Al cambiar esas estructuras, incorporamos nuevas características”, dijo Sengupta. “Antes teníamos una forma limitada de hacerlo, pero ahora las opciones son mucho mayores”.
Comprender la inmensidad del espacio de diseño de un chip inalámbrico puede resultar difícil. El circuito de un chip avanzado es tan pequeño y la geometría es tan detallada que el número de configuraciones posibles de un chip excede el número de átomos en el universo, dijo Sengupta. No hay forma de que un humano comprenda ese nivel de complejidad, por lo que los diseñadores humanos no lo intentan. Construyen el chip desde cero, agregan componentes según sea necesario y ajustan el diseño a medida que lo construyen.
La IA aborda el desafío desde una perspectiva diferente, afirmó Sengupta. Considera el chip como un único artefacto. Este puede ser un arreglo extraño pero efectivo. Los humanos desempeñan un papel importante en los sistemas de IA, dijo, porque la IA puede crear sistemas eficientes y también sistemas defectuosos. Es posible que la IA alucine elementos que no funcionan, al menos por ahora. Esto requiere cierto nivel de supervisión humana.
“Hay errores que aún requieren que los diseñadores humanos los corrijan”, dijo Sengupta. “El punto no es reemplazar a los diseñadores humanos con herramientas. El punto es aumentar la productividad con nuevas herramientas. La mente humana se utiliza mejor para crear o inventar cosas nuevas, y para realizar tantas tareas mundanas y útiles como estas herramientas puedan”.
Los investigadores han utilizado la IA para descubrir y diseñar estructuras electromagnéticas complejas que se diseñan conjuntamente con circuitos para crear amplificadores de banda ancha. Sengupta dijo que la investigación futura implica vincular múltiples estructuras y diseñar chips inalámbricos completos con sistemas de inteligencia artificial.
“Ahora que se ha mostrado prometedor, hay un mayor esfuerzo para pensar en sistemas y diseños más complejos”, afirmó. “Esta es la punta del iceberg que depara el futuro para este campo”.