Современный рынок электроники уже приблизился к той точке, когда многие пользователи будут менять свой мобильный телефон раз в год, получая новый, более мощный и функциональный аппарат. Это является прямым следствием того, что конструкция мобильных телефонов, планшетов и ноутбуков не предусматривает возможности модернизации основных компонентов, понятие кардинального апгрейда в данном случае подразумевает покупку совершенно нового устройства.
Для частичного решения данной проблемы ученые и инженеры из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT) разработали модульный чип, компоненты которого обмениваются данными при помощи импульсов света. Более того, конструкция этого чипа легко позволяет проводить его модернизацию, заменяя его модули, включая процессор, на более совершенные, или добавляя новые функциональные модули и датчики.
Конструкция нового чипа является многослойной, каждый его слой является отдельным модулем - процессором, датчиком, памятью и даже сопроцессором искусственного интеллекта. Такой подход позволяет получить практически любую конфигурацию аппаратных средств, подходящую для выполнения специализированных задач. А по мере появления новых технологий чип может быть модернизирован путем замены или установки новых слоев-модулей.
"В состав чипа можно добавить любое количество слоев вычислительных процессоров, памяти и датчиков, включая датчики давления, освещенности и даже запаха" - рассказывает Джихун Канг (Jihoon Kang), ведущий исследователь, - "Мы называем это LEGO-подобным реконфигурируемым подходом, который обеспечивает неограниченную масштабируемость и расширение функциональности".
Каждый из слоев-модулей чипа имеет свой набор светодиодов и фотодетекторов, расположенных в строго заданных местах. Когда один из модулей должен передать что-либо другому модулю, он управляет светодиодами, в последовательности вспышек которых кодируется адрес получателя и собственно передаваемая информация. Фотодетекторы получателя улавливают эти вспышки и превращают их обратно в информационные сигналы.
В качестве демонстрации исследователи из MIT создали чип, площадью 4 мм.кв., содержащий три вычислительных слоя-модуля. Каждый слой имел светочувствительную матрицу, оптические коммуникационные системы и слой искусственной нейронной сети. Все это вместе представляло собой работоспособную трехуровневую искусственную нейронную сеть, способную распознавать три символа - M, I и T.
В начальной конфигурации чип смог четко распознать символы, на которых была обучена нейронная сеть в случае демонстрации четких и контрастных изображений. Если изображения были более размытыми, качество распознавания символов резко падало. После того, как к чипу был добавлен еще один слой, процессор, выполняющий функцию устранения шума "denoising", чип стал одинаково хорошо справляться с распознаванием изображения в любых случаях.
"Этим мы достаточно хорошо продемонстрировали возможности замены и добавления новых функций в чип" - пишут исследователи, - "А дальше мы собираемся использовать такой метод построения для создания специализированных вычислительных устройств и датчиков, предназначенных для области так называемого Интернета Вещей (Internet of Things)".