L'IA dévoile d'étranges conceptions de puces, tout en découvrant de nouvelles fonctionnalités
Les micropuces spécialisées qui gèrent les signaux à la pointe de la technologie sans fil sont d’étonnantes œuvres de miniaturisation et d’ingénierie. Ils sont également difficiles et coûteux à concevoir.
Aujourd'hui, des chercheurs de Princeton Engineering et de l'Indian Institute of Technology ont exploité l'intelligence artificielle pour franchir une étape clé vers la réduction du temps et des coûts de conception de nouvelles puces sans fil et la découverte de nouvelles fonctionnalités pour répondre à la demande croissante d'une vitesse et de performances sans fil améliorées.
Dans une étude publiée dans Communications naturelles, les chercheurs décrivent leur méthodologie, dans laquelle une IA crée des structures électromagnétiques complexes et des circuits associés dans des micropuces en fonction des paramètres de conception. Ce qui nécessitait auparavant des semaines de travail hautement qualifié peut désormais être accompli en quelques heures.
De plus, l’IA derrière le nouveau système a produit de nouvelles conceptions étranges présentant des schémas de circuits inhabituels. Kaushik Sengupta, le chercheur principal, a déclaré que les conceptions n'étaient pas intuitives et qu'il était peu probable qu'elles soient développées par un esprit humain. Mais ils offrent souvent des améliorations marquées, même par rapport aux meilleures puces standards.
« Nous créons des structures complexes et de forme aléatoire, et lorsqu'elles sont connectées à des circuits, elles créent des performances auparavant irréalisables. Les humains ne peuvent pas vraiment les comprendre, mais elles peuvent mieux fonctionner », a déclaré Sengupta, professeur de génie électrique et informatique. et codirecteur de NextG, le programme de partenariat industriel de Princeton visant à développer les communications de nouvelle génération.
Ces circuits peuvent être conçus pour un fonctionnement plus économe en énergie ou pour les rendre utilisables sur une énorme plage de fréquences, ce qui n'est actuellement pas possible. De plus, la méthode synthétise des structures intrinsèquement complexes en quelques minutes, alors que les algorithmes conventionnels peuvent prendre des semaines. Dans certains cas, la nouvelle méthodologie peut créer des structures impossibles à synthétiser avec les techniques actuelles.
Uday Khankhoje, co-auteur et professeur agrégé de génie électrique à l'IIT Madras, a déclaré que la nouvelle technique non seulement offre une efficacité, mais promet de débloquer de nouvelles approches pour relever des défis de conception qui dépassaient les capacités des ingénieurs.
« Ce travail présente une vision convaincante de l'avenir », a-t-il déclaré. « L'IA alimente non seulement l'accélération de simulations électromagnétiques chronophages, mais permet également l'exploration d'un espace de conception jusqu'ici inexploré et fournit des dispositifs hautes performances époustouflants qui vont à l'encontre des règles empiriques habituelles et de l'intuition humaine. »
Les puces sans fil sont une combinaison de circuits électroniques standard comme ceux des puces informatiques et de structures électromagnétiques, notamment des antennes, des résonateurs, des séparateurs de signaux, des combineurs et autres. Ces combinaisons d'éléments sont rassemblées dans chaque bloc de circuit, soigneusement fabriquées à la main et co-conçues pour fonctionner de manière optimale.
Cette méthode est ensuite étendue à d'autres circuits, sous-systèmes et systèmes, ce qui rend le processus de conception extrêmement complexe et long, en particulier pour les puces modernes et hautes performances derrière des applications telles que la communication sans fil, la conduite autonome, les radars et la reconnaissance gestuelle.
« Les conceptions classiques assemblent soigneusement ces circuits et éléments électromagnétiques, pièce par pièce, de sorte que le signal circule comme nous le souhaitons dans la puce. En modifiant ces structures, nous incorporons de nouvelles propriétés », a déclaré Sengupta. « Avant, nous avions une manière limitée de procéder, mais maintenant les options sont beaucoup plus larges. »
Il peut être difficile de comprendre l’immensité de l’espace de conception d’une puce sans fil. Les circuits d'une puce avancée sont si petits et la géométrie si détaillée que le nombre de configurations possibles pour une puce dépasse le nombre d'atomes dans l'univers, a déclaré Sengupta. Il n’existe aucun moyen pour une personne de comprendre ce niveau de complexité, c’est pourquoi les concepteurs humains n’essaient pas. Ils construisent des puces de bas en haut, en ajoutant des composants selon les besoins et en ajustant la conception au fur et à mesure de leur construction.
L’IA aborde le défi sous un angle différent, a déclaré Sengupta. Il considère la puce comme un artefact unique. Cela peut conduire à des arrangements étranges mais efficaces. Il a déclaré que les humains jouent un rôle essentiel dans le système d’IA, en partie parce que l’IA peut prendre des dispositions aussi bien erronées que efficaces. Il est possible pour l’IA d’halluciner des éléments qui ne fonctionnent pas, du moins pour le moment. Cela nécessite un certain niveau de surveillance humaine.
« Il existe des pièges qui doivent encore être corrigés par les concepteurs humains », a déclaré Sengupta. « Le but n'est pas de remplacer les concepteurs humains par des outils. Le but est d'améliorer la productivité avec de nouveaux outils. L'esprit humain est mieux utilisé pour créer ou inventer de nouvelles choses, et le travail le plus banal et utilitaire peut être confié à ces outils. »
Les chercheurs ont utilisé l’IA pour découvrir et concevoir des structures électromagnétiques complexes co-conçues avec des circuits pour créer des amplificateurs à large bande. Sengupta a déclaré que les recherches futures impliqueront de relier plusieurs structures et de concevoir des puces sans fil entières avec le système d'IA.
« Maintenant que cela s'est révélé prometteur, des efforts plus importants sont déployés pour réfléchir à des systèmes et des conceptions plus complexes », a-t-il déclaré. « Ce n'est que la pointe de l'iceberg en ce qui concerne ce que l'avenir réserve à ce domaine. »
