Kablosuz teknolojinin en ileri noktasında sinyalleri yöneten özel mikroçipler, minyatürleştirme ve mühendisliğin şaşırtıcı eserleridir. Aynı zamanda tasarlanmaları da zor ve pahalıdır.

Şimdi ise Princeton Engineering ve Hindistan Teknoloji Enstitüsü'ndeki araştırmacılar, yeni kablosuz çipler tasarlamanın zamanını ve maliyetini azaltmak ve daha iyi kablosuz hız ve performansa yönelik artan talepleri karşılamak için yeni işlevler keşfetmeye yönelik önemli bir adım atmak için yapay zekadan yararlandılar.

Nature Communications'da yayınlanan bir çalışmada araştırmacılar, bir yapay zekanın tasarım parametrelerine dayalı olarak mikroçiplerde karmaşık elektromanyetik yapılar ve ilgili devreler oluşturduğu metodolojilerini açıklıyorlar. Eskiden haftalar süren yüksek beceri gerektiren çalışmalar artık saatler içinde gerçekleştirilebiliyor.

Dahası, yeni sistemin arkasındaki yapay zeka, alışılmadık devre modellerine sahip garip yeni tasarımlar üretti. Baş araştırmacı Kaushik Sengupta, tasarımların sezgisel olmadığını ve bir insan zihni tarafından geliştirilme olasılığının düşük olduğunu söyledi. Ancak çoğu zaman en iyi standart çiplere göre bile belirgin iyileştirmeler sunuyorlar.

“Karmaşık ve rastgele şekillenmiş gibi görünen yapılar ortaya çıkarıyoruz ve devrelerle bağlandıklarında daha önce ulaşılamayan performanslar yaratıyorlar. İnsanlar bunları gerçekten anlayamıyor ama daha iyi çalışabiliyorlar,” diyor elektrik ve bilgisayar mühendisliği profesörü ve Princeton'ın yeni nesil iletişim geliştirmeye yönelik endüstri ortaklığı programı NextG'nin eş direktörü Sengupta.

Bu devreler daha enerji verimli çalışacak şekilde tasarlanabilir veya şu anda mümkün olmayan muazzam bir frekans aralığında çalışabilir hale getirilebilir. Ayrıca yöntem, doğası gereği karmaşık yapıları dakikalar içinde sentezlerken, geleneksel algoritmalar haftalar sürebilir. Bazı durumlarda, yeni metodoloji mevcut tekniklerle sentezlenmesi imkansız yapılar yaratabilir.

Çalışmanın yazarlarından ve IIT Madras'ta elektrik mühendisliği doçenti olan Uday Khankhoje, yeni tekniğin sadece verimlilik sağlamakla kalmadığını, aynı zamanda mühendislerin kapasitesinin ötesinde olan tasarım zorluklarına yeni yaklaşımların kilidini açmayı vaat ettiğini söyledi.

“Bu çalışma geleceğe dair ilgi çekici bir vizyon sunuyor” dedi. “Yapay zeka sadece zaman alan elektromanyetik simülasyonların hızlandırılmasını sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda şimdiye kadar keşfedilmemiş bir tasarım alanının keşfedilmesini sağlıyor ve alışılagelmiş pratik kurallara ve insan sezgilerine ters düşen çarpıcı yüksek performanslı cihazlar sunuyor.”

Kablosuz çipler, bilgisayar çiplerinde olduğu gibi standart elektronik devreler ile antenler, rezonatörler, sinyal bölücüler, birleştiriciler ve diğerlerini içeren elektromanyetik yapıların bir kombinasyonudur. Bu eleman kombinasyonları her devre bloğunda bir araya getirilir, dikkatlice el işçiliğiyle üretilir ve en iyi şekilde çalışması için birlikte tasarlanır.

Bu yöntem daha sonra diğer devrelere, alt sistemlere ve sistemlere ölçeklendirilerek, özellikle kablosuz iletişim, otonom sürüş, radar ve hareket tanıma gibi uygulamaların arkasındaki modern, yüksek performanslı çipler için tasarım sürecini son derece karmaşık ve zaman alıcı hale getirir.

“Klasik tasarımlar, bu devreleri ve elektromanyetik unsurları parça parça dikkatlice bir araya getirir, böylece sinyal çipte istediğimiz şekilde akar. Bu yapıları değiştirerek yeni özellikler ekliyoruz,” diyor Sengupta. “Önceden bunu yapmanın sınırlı bir yolu vardı, ancak şimdi seçenekler çok daha fazla.”

Bir kablosuz çipin tasarım alanının genişliğini kavramak zor olabilir. Sengupta, gelişmiş bir çipteki devrenin çok küçük ve geometrinin çok ayrıntılı olduğunu, bir çip için olası konfigürasyonların sayısının evrendeki atom sayısını aştığını söyledi. Bir insanın bu karmaşıklık düzeyini anlamasının bir yolu yok, bu yüzden insan tasarımcılar bunu denemiyor. Çipleri aşağıdan yukarıya doğru inşa ederler, gerektiğinde bileşenler eklerler ve inşa ederken tasarımı ayarlarlar.

Sengupta, yapay zekanın bu zorluğa farklı bir perspektiften yaklaştığını söyledi. Çipi tek bir obje olarak görüyor. Bu da garip ama etkili düzenlemelere yol açabiliyor. İnsanların YZ sisteminde kritik bir rol oynadığını, çünkü YZ'nin verimli olduğu kadar hatalı düzenlemeler de yapabileceğini söyledi. En azından şimdilik, YZ'nin çalışmayan unsurları halüsinasyon olarak görmesi mümkün. Bu da bir miktar insan gözetimi gerektiriyor.

Sengupta, “Hala insan tasarımcıların düzeltmesini gerektiren tuzaklar var” dedi. “Mesele insan tasarımcıları araçlarla değiştirmek değil. Önemli olan yeni araçlarla üretkenliği artırmak. İnsan zihni en iyi şekilde yeni şeyler yaratmak veya icat etmek için kullanılır ve daha sıradan, faydacı işler bu araçlara yüklenebilir.”

Araştırmacılar, geniş bantlı amplifikatörler oluşturmak için devrelerle birlikte tasarlanan karmaşık elektromanyetik yapıları keşfetmek ve tasarlamak için yapay zekayı kullandılar. Sengupta, gelecekteki araştırmaların birden fazla yapıyı birbirine bağlamayı ve tüm kablosuz çipleri yapay zeka sistemiyle tasarlamayı içereceğini söyledi.

“Şimdi bu umut vaat ettiğine göre, daha karmaşık sistemler ve tasarımlar hakkında düşünmek için daha büyük bir çaba var” dedi. “Bu, geleceğin bu alan için neler getireceği açısından buzdağının sadece görünen kısmı.”