Los microchips especializados que gestionan señales a la vanguardia de la tecnología inalámbrica son trabajos asombrosos de miniaturización e ingeniería. También son difíciles y costosos de diseñar.
Ahora, investigadores de Princeton Engineering y el Instituto Indio de Tecnología han aprovechado la inteligencia synthetic para dar un paso clave hacia reducir el tiempo y el costo de diseñar nuevos chips inalámbricos y descubrir nuevas funcionalidades para satisfacer las crecientes demandas de mejor velocidad y rendimiento inalámbricos. En un artículo publicado el 30 de diciembre en comunicaciones de la naturaleza, Los investigadores describen su metodología, en la que una IA crea complicadas estructuras electromagnéticas y circuitos asociados en microchips basándose en los parámetros de diseño. Lo que antes requería semanas de trabajo altamente cualificado ahora se puede lograr en horas.
Es más, la IA detrás del nuevo sistema ha producido nuevos diseños extraños con patrones de circuitos inusuales. Kaushik Sengupta, el investigador principal, dijo que los diseños no eran intuitivos y period poco possible que fueran desarrollados por una mente humana. Pero con frecuencia ofrecen marcadas mejoras incluso con respecto a los mejores chips estándar.
“Estamos creando estructuras que son complejas y parecen tener formas aleatorias y, cuando se conectan con circuitos, crean un rendimiento que antes period inalcanzable. Los humanos realmente no pueden entenderlas, pero pueden trabajar mejor”, dijo Sengupta, profesor de ingeniería eléctrica e informática y codirector de NextG, el programa de asociación industrial de Princeton para desarrollar comunicaciones de próxima generación.
Estos circuitos pueden diseñarse para lograr un funcionamiento más eficiente desde el punto de vista energético o para que funcionen en un enorme rango de frecuencias que actualmente no es posible. Además, el método sintetiza estructuras inherentemente complejas en minutos, mientras que los algoritmos convencionales pueden tardar semanas. En algunos casos, la nueva metodología puede crear estructuras imposibles de sintetizar con las técnicas actuales.
Uday Khankhoje, coautor y profesor asociado de ingeniería eléctrica en IIT Madras, dijo que la nueva técnica no sólo ofrece eficiencia sino que promete desbloquear nuevos enfoques para diseñar desafíos que han estado más allá de la capacidad de los ingenieros.
“Este trabajo presenta una visión convincente del futuro”, afirmó. “La IA no sólo impulsa la aceleración de simulaciones electromagnéticas que consumen mucho tiempo, sino que también permite la exploración de un espacio de diseño hasta ahora inexplorado y ofrece impresionantes dispositivos de alto rendimiento que van en contra de las reglas generales habituales y de la intuición humana”.
Los chips inalámbricos son una combinación de circuitos electrónicos estándar como los de los chips de computadora y estructuras electromagnéticas que incluyen antenas, resonadores, divisores de señal, combinadores y otros. Estas combinaciones de elementos se reúnen en cada bloque de circuito, se elaboran cuidadosamente a mano y se diseñan conjuntamente para funcionar de manera óptima. Luego, este método se amplía a otros circuitos, subsistemas y sistemas, lo que hace que el proceso de diseño sea extremadamente complejo y requiere mucho tiempo, particularmente para los chips modernos de alto rendimiento detrás de aplicaciones como comunicación inalámbrica, conducción autónoma, radar y reconocimiento de gestos.
“Los diseños clásicos, cuidadosamente, juntan estos circuitos y elementos 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 propiedades”, dijo Sengupta. “Antes teníamos una forma limitada de hacerlo, pero ahora las opciones son mucho mayores”.
Puede resultar difícil comprender la inmensidad del espacio de diseño de un chip inalámbrico. Los circuitos de un chip avanzado son tan pequeños y la geometría tan detallada que el número de configuraciones posibles para un chip supera el número de átomos del universo, dijo Sengupta. No hay manera de que una persona comprenda ese nivel de complejidad, por lo que los diseñadores humanos no lo intentan. Construyen chips de abajo hacia arriba, agregan componentes según sea necesario y ajustan el diseño a medida que construyen.
La IA aborda el desafío desde una perspectiva diferente, afirmó Sengupta. Considera el chip como un único artefacto. Esto puede dar lugar a acuerdos extraños pero eficaces. Dijo que los humanos desempeñan un papel elementary en el sistema de IA, en parte porque esa IA puede hacer arreglos defectuosos además de eficientes. Es posible que la IA alucine elementos que no funcionan, al menos por ahora. Esto requiere cierto nivel de supervisión humana.
“Hay obstáculos 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 mejorar la productividad con nuevas herramientas. La mente humana se utiliza mejor para crear o inventar cosas nuevas, y el trabajo más mundano y utilitario se puede descargar a estas herramientas”.
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 implicará vincular múltiples estructuras y diseñar chips inalámbricos completos con el sistema de inteligencia synthetic.
“Ahora que esto se ha mostrado prometedor, hay un mayor esfuerzo para pensar en sistemas y diseños más complicados”, afirmó. “Esto es sólo la punta del iceberg en términos de lo que depara el futuro para este campo.”
