Chip AI mới giúp giảm thiểu rác thải điện tử

Dễ dàng thay thế với chip AI

Nhóm nghiên cứu Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) báo cáo: “Chúng tôi nhận thấy chip thông thường kết nối có dây cứng không thể cấu hình lại được, nghĩa là chức năng của hệ thống là cố định.

Trong môi trường Internet vạn vật (IoT), ngày càng có nhiều sự quan tâm đến tính năng đa chức năng và khả năng cấu hình lại kết hợp với các mạng cảm biến và do đó chúng tôi hình dung ra ý tưởng về những con chip có thể xếp chồng lên nhau giống như LEGO mà không cần kết nối có dây cứng”.

Thay vì dây vật lý, MIT sử dụng ánh sáng để truyền thông tin qua chip. Các lớp có thể được hoán đổi hoặc xếp chồng lên nhau để thêm cảm biến mới hoặc bộ xử lý cập nhật. Nhà khoa học Jihoon Kang của MIT giải thích: “Bạn có thể thêm bao nhiêu lớp điện toán và cảm biến tùy thích - chẳng hạn như ánh sáng, áp suất. Chúng tôi gọi đây là chip AI có thể cấu hình lại giống LEGO vì nó có khả năng mở rộng không giới hạn tùy thuộc vào sự kết hợp của các lớp”.

Vì việc truyền dữ liệu được thực hiện bằng ánh sáng trong không gian trống, nên các chip này không có dây cứng, khiến chúng có thể dễ dàng thay thế bằng chip khác với những chức năng khác nhau.

Một hệ thống quang học cho phép giao tiếp

Hiện tại, thiết kế được định cấu hình để thực hiện một số tác vụ nhận dạng hình ảnh cơ bản, được thực hiện thông qua một lớp cảm biến hình ảnh, đèn LED và bộ xử lý được tạo ra từ mạng khớp thần kinh nhân tạo - mảng điện trở bộ nhớ, hoặc “bộ nhớ” mà nhóm đã phát triển trước đó; cùng hoạt động như một mạng nơ-ron vật lý, hay “bộ não trên một con chip”.

Mảng có thể được đào tạo để xử lý và phân loại tín hiệu trực tiếp trên chip, không sử dụng phần mềm bên ngoài hoặc kết nối Internet. Cảm biến hình ảnh được ghép nối với các mảng khớp thần kinh nhân tạo - đã được huấn luyện để nhận dạng các chữ cái M, I và T.

Bây giờ, nếu là cách tiếp cận thông thường, tín hiệu của cảm biến sẽ được chuyển tiếp đến bộ xử lý thông qua dây vật lý. Tại đây, nhóm chế tạo một hệ thống quang học giữa mỗi cảm biến và mảng khớp thần kinh nhân tạo để cho phép giao tiếp giữa các lớp mà không cần kết nối vật lý.

 “Các chip khác được nối dây vật lý thông qua kim loại, điều này khiến chúng khó quấn lại và thiết kế lại, vì vậy bạn cần phải tạo một chip mới nếu muốn thêm bất kỳ chức năng mới nào”, nhà khoa học Hyunseok Kim cho biết.

Hệ thống liên lạc quang học của nhóm bao gồm các bộ tách sóng quang được ghép nối và đèn LED được tạo hình với những pixel nhỏ. Các bộ tách sóng quang có bộ cảm biến hình ảnh để nhận dữ liệu và đèn LED truyền dữ liệu đó đến lớp tiếp theo. Vì các thành phần phải hoạt động giống như một chip AI có thể cấu hình lại giống như LEGO nên chúng phải tương thích.

Chip cảm giác ở phía dưới nhận tín hiệu từ môi trường bên ngoài và gửi thông tin đến chip tiếp theo phía trên bằng tín hiệu ánh sáng. Chip tiếp theo, là một lớp xử lý, nhận thông tin ánh sáng và sau đó xử lý chức năng đã được lập trình sẵn. Nhóm nghiên cứu giải thích việc truyền dữ liệu dựa trên ánh sáng tiếp tục đến các chip khác ở trên, do đó thực hiện các tác vụ đa chức năng.

Nhóm nghiên cứu chế tạo một con chip duy nhất với lõi máy tính có kích thước khoảng 4mm vuông. Con chip này được xếp chồng lên nhau với 3 “khối” nhận dạng hình ảnh, mỗi “khối” bao gồm cảm biến hình ảnh, lớp giao tiếp quang học và mảng khớp thần kinh nhân tạo để phân loại một trong ba chữ cái M, I hoặc T. Sau đó, họ chiếu một hình ảnh màu sắc của các chữ cái ngẫu nhiên lên con chip và đo cường độ dòng điện mà mỗi mảng mạng nơ-ron tạo ra để đáp ứng.

Nhóm nghiên cứu lưu ý rằng con chip phân loại chính xác hình ảnh rõ ràng của từng chữ cái. Nó ít có khả năng phân biệt giữa các hình ảnh mờ hơn, nhưng nhóm nhà nghiên cứu đã có thể hoán đổi lớp xử lý của chip để lấy một bộ xử lý tốt hơn. Sau đó con chip đã nhận dạng chính xác các hình ảnh.

Mỗi lớp có thể được bán riêng như một trò chơi điện tử

Thách thức lớn nhất là nhận ra khả năng truyền dữ liệu dựa trên ánh sáng đáng tin cậy giữa các chip. Nhóm nhà nghiên cứu bình luận: “Chúng tôi thiết kế một kiến trúc thiết bị độc đáo bao gồm nhiều lỗ thông qua các tấm silicon, hoạt động như một con đường dẫn truyền thông tin hiệu quả dựa trên ánh sáng mà không có sự trao đổi chéo giữa các pixel lân cận.

Nhóm nhà khoa học MIT nhận định: “Cho đến nay, chúng tôi chỉ cho thấy chức năng nhận dạng và biểu thị chữ cái từ đầu vào ánh sáng như một minh chứng về khái niệm. Khả năng cấu hình lại của hệ thống chúng tôi cho phép thay đổi lớp cảm giác (là cảm biến hình ảnh) thành các lớp cảm giác khác. Bằng cách này, chúng tôi nhằm mục đích triển khai hệ thống chúng tôi để xử lý các đầu vào cảm giác khác - chẳng hạn như xúc giác, thính giác và những tín hiệu y sinh khác”.

Jeehwan Kim, phó giáo sư kỹ thuật cơ khí tại MIT, nói rằng một nền tảng chip chung có thể được tạo ra và mỗi lớp có thể được bán riêng như một trò chơi điện tử. Ông giải thích: “Chúng tôi có thể tạo ra các loại mạng nơ-ron khác nhau, như nhận dạng hình ảnh hoặc giọng nói và cho phép khách hàng chọn thứ họ muốn và thêm vào một con chip hiện có như LEGO”.

Nhóm nhà nghiên cứu hy vọng có thể thấy những con chip AI có thể xếp chồng và cấu hình lại giống như Lego như vậy trong vòng 5 năm tới.