Processador de inteligência artificial é montado como Lego

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/06/2022

O chip de IA reconfigurável é formado por camadas alternadas de elementos de detecção e processamento que se comunicam por luz.
[Imagem: Chanyeol Choi et al. - 10.1038/s41928-022-00778-y]

Eletrônicos de montar

Imagine um futuro mais sustentável, onde celulares, relógios e outros dispositivos vestíveis não precisem ser descartados e serem substituídos por modelos mais novos.

Em vez disso, eles poderão ser atualizados com os mais recentes sensores e processadores, que se encaixarão no chip interno como se fossem peças de Lego. Um hardware reconfigurável desse modo poderá manter os aparelhos sempre atualizados, reduzindo nosso lixo eletrônico.

Para demonstrar que essas são possibilidades reais, e não apenas ficção, Chanyeol Choi e seus colegas de várias instituições dos EUA criaram o protótipo de uma arquitetura modular para um chip de inteligência artificial reconfigurável.

O dispositivo é formado por camadas alternadas de elementos de detecção (sensores) e processamento, juntamente com diodos emissores de luz (LEDs) que permitem que as camadas do chip comuniquem-se umas com as outras opticamente.

Existem outros projetos de chips modulares, mas eles tipicamente empregam fiação convencional para retransmitir os sinais entre as camadas; mas essas conexões são difíceis, quando não impossíveis, de cortar e religar, tornando esses projetos empilháveis não reconfiguráveis. A nova plataforma usa luz, em vez de fios físicos, para transmitir informações através do chip. O chip pode, portanto, ser reconfigurado, com camadas que podem ser trocadas ou empilhadas, por exemplo para adicionar novos sensores ou processadores atualizados.

"Você pode adicionar quantas camadas de computação e sensores quiser, para detectar luz, pressão e até cheiro," disse o professor Jihoon Kang, do MIT. "Chamamos isso de chip de IA reconfigurável do tipo Lego porque ele tem capacidade de expansão ilimitada, dependendo da combinação de camadas."

A ideia dos pesquisadores é construir uma biblioteca de módulos funcionais, que eles comparam aos diferentes blocos de Lego.
[Imagem: Chanyeol Choi et al. - 10.1038/s41928-022-00778-y]

Hardware de inteligência artificial

O protótipo apresentado pela equipe foi configurado para realizar tarefas básicas de reconhecimento de imagem. Ele faz isso por meio de uma camada de sensores de imagem, LEDs e processadores feitos de sinapses artificiais - matrizes de resistores de memória, ou memoristores, que a equipe desenvolveu anteriormente para criar uma rede neural física, que eles chamam de "cérebro-em-um-chip".

Cada processador pode ser treinado para classificar sinais diretamente, sem a necessidade de software externo ou conexão com a internet. No protótipo, a equipe emparelhou sensores de imagem com matrizes de sinapses artificiais, cada uma das quais eles treinaram para reconhecer certas letras - neste caso, M, I e T.

O sistema de comunicação óptica é formado por fotodetectores e LEDs formando minúsculos píxeis - os fotodetectores funcionam como sensores de imagem para recepção dos dados e os LEDs funcionam como transmissores de dados para a próxima camada. À medida que um sinal (por exemplo, a imagem de uma letra) chega ao sensor de imagem, o padrão de luz da imagem codifica uma certa configuração de píxeis nos LEDs, que por sua vez estimulam outra camada de fotodetectores, juntamente com uma matriz de sinapses artificiais, que classifica o sinal com base no padrão e na intensidade da luz da camada anterior.

A coisa toda mede apenas cerca de 4 milímetros quadrados, incluindo três blocos plugáveis de reconhecimento de imagem, cada um compreendendo um sensor de imagem, a camada de comunicação óptica e a matriz de sinapses artificiais para classificar cada uma das três letras.

Teste prático de encaixe

Logo nos primeiros testes, a equipe descobriu que o chip classificava corretamente as imagens claras de cada letra, mas era menos eficiente quando as imagens estavam borradas. O problema foi resolvido trocando rapidamente a camada de processamento do chip por uma mais adequada para lidar com ruídos, e o chip passou a identificar com precisão mesmo as imagens borradas.

"Nós podemos adicionar camadas à câmera de um celular para que ele reconheça imagens mais complexas, ou transformá-la em monitores de saúde que possam ser incorporados em uma pele eletrônica vestível," sugeriu Chanyeol Choi. Outra ideia, acrescenta o pesquisador, é criar chips modulares, embutidos em aparelhos eletrônicos, que os consumidores possam optar por atualizar com os mais recentes blocos de sensores e processadores.

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