AI参与设计的奇特芯片相比人类作品更快、更智能

人工智能的设计具有不同寻常的高效电路模式。 图片来源：Tori Repp/Fotobuddy

专用微芯片是尖端无线技术的支柱，是微型化和工程化的奇迹。然而，设计这些芯片是一个复杂且昂贵的过程。

普林斯顿工程学院和印度理工学院的研究人员开发了一种突破性的方法，利用人工智能大幅减少了芯片设计的时间和成本。这项创新还为新功能打开了大门，可以满足对更快、更高效的无线性能日益增长的需求。在 12 月 30 日发表在《自然通讯》杂志上的一项研究中，该团队详细介绍了他们的人工智能系统如何根据特定的设计参数生成复杂的电磁结构和电路。曾经需要数周专家努力才能完成的任务现在只需几个小时即可完成。

人工智能参与普林斯顿大学实验室设计芯片。图片来源：Tori Repp/Fotobuddy

有趣的是，人工智能经常会创造出具有意想不到的电路模式的非常规设计。首席研究员 Kaushik Sengupta 表示，这些设计不仅对人类来说是不直观的，而且始终优于传统的芯片设计，展示了性能上的重大进步。

“我们想出了复杂且看起来形状随机的结构，当它们与电路连接时，它们创造了以前无法实现的性能。人类无法真正理解它们，但它们可以更好地工作，”电气和计算机工程教授、NextG 联合主任 Sengupta 说道，NextG 是普林斯顿大学开发下一代通信的行业合作伙伴计划。

这些电路可以设计成更节能的操作，或使其在目前不可能实现的巨大频率范围内运行。此外，该方法可以在几分钟内合成固有的复杂结构，而传统算法可能需要数周时间。在某些情况下，新方法可以创建当前技术无法合成的结构。

IIT Madras 的共同作者兼电气工程副教授 Uday Khankhoje 表示，新技术不仅提高了效率，而且有望解锁超出工程师能力范围的设计挑战的新方法。

“这项工作展示了一个令人信服的未来愿景，”他说。“人工智能不仅加速了耗时的电磁模拟，而且还能够探索迄今为止未开发的设计空间，并提供令人惊叹的高性能设备，这些设备与通常的经验法则和人类直觉背道而驰。”

AI 设计具有不同寻常且高效的电路模式。照片由普林斯顿大学的 Emir Ali Karahan 拍摄。图片来源：普林斯顿大学 Emir Ali Karahan

无线芯片是标准电子电路（如计算机芯片中的电路）和电磁结构（包括天线、谐振器、信号分配器、组合器等）的组合。这些元件组合被组合在每个电路块中，经过精心手工制作和共同设计，以实现最佳运行状态。然后，这种方法扩展到其他电路、子系统和系统，使设计过程极其复杂且耗时，尤其是对于无线通信、自动驾驶、雷达和手势识别等应用背后的现代高性能芯片而言。

“经典设计是将这些电路和电磁元件一块一块地小心地组合在一起，以便信号以我们希望的方式在芯片中流动。通过改变这些结构，我们融入了新的特性，”Sengupta 说。“以前，我们只有有限的方法来做到这一点，但现在选择要多得多。”

很难理解无线芯片设计空间的广阔性。Sengupta 表示，先进芯片中的电路非常小，几何形状非常精细，芯片的可能配置数量超过了宇宙中的原子数量。人类无法理解这种复杂程度，因此人类设计师不会尝试。他们从头开始构建芯片，根据需要添加组件，并在构建过程中调整设计。

左为 Kaushik Sengupta 教授，右为第一作者、电气和计算机工程研究生 Emir Ali Karahan。图片来源：Tori Repp/Fotobuddy

Sengupta 表示，人工智能从不同的角度应对挑战。它将芯片视为单个人工制品。这可能导致奇怪但有效的安排。他说，人类在人工智能系统中扮演着关键角色，部分原因是人工智能既可以做出错误的安排，也可以做出有效的安排。至少目前，人工智能有可能产生幻觉，产生无法正常工作的元素。这需要一定程度的人类监督。

“仍有一些缺陷需要人类设计师来纠正，”Sengupta 说。“重点不是用工具取代人类设计师。重点是用新工具提高生产力。人类思维最适合用来创造或发明新事物，而更平凡、更实用的工作可以交给这些工具。”

研究人员已经使用人工智能发现和设计复杂的电磁结构，这些结构与电路共同设计，以创建宽带放大器。Sengupta 表示，未来的研究将涉及连接多个结构和使用人工智能系统设计整个无线芯片。

“既然这已经显示出希望，人们将付出更大的努力来思考更复杂的系统和设计，”他说。“就该领域的未来而言，这只是冰山一角。”

编译自/scitechdaily