هوش مصنوعی، انقلاب در طراحی تراشه‌های بی‌سیم: سرعت و عملکرد بی‌سابقه!

تحولات نوین در طراحی ریزتراشه‌های بی‌سیم با تکیه بر هوش مصنوعی

ریزتراشه‌های پیشرفته که وظیفه مدیریت سیگنال‌ها در مرزهای فناوری بی‌سیم را بر عهده دارند، نمونه‌های خیره‌کننده‌ای از ظرافت و مهندسی دقیق هستند. طراحی این قطعات، هم سخت و هم پرهزینه است. اما حالا، پژوهشگران دانشگاه پرینستون و مؤسسه فناوری هند با بهره‌گیری از هوش مصنوعی، گامی مهم در جهت کاهش زمان و هزینه طراحی ریزتراشه‌های بی‌سیم جدید و کشف قابلیت‌های تازه‌ای برداشته‌اند تا به تقاضای فزاینده برای سرعت و عملکرد بهتر در دنیای بی‌سیم پاسخ دهند.

در مقاله‌ای که در تاریخ 30 دسامبر در نشریه Nature Communications منتشر شد، محققان روش کار خود را توضیح می‌دهند. در این روش، هوش مصنوعی ساختارهای الکترومغناطیسی پیچیده و مدارهای مرتبط را در ریزتراشه‌ها بر اساس پارامترهای طراحی، ایجاد می‌کند. کاری که پیش‌تر هفته‌ها زمان و تخصص نیاز داشت، حالا در عرض چند ساعت انجام می‌شود. جالب‌تر این که، هوش مصنوعی پشت این سیستم نوین، طرح‌های شگفت‌انگیزی با الگوهای غیرمعمول مدار تولید کرده است.

کاشیک سنگوپتا، سرپرست این پژوهش، می‌گوید این طرح‌ها غیرقابل پیش‌بینی هستند و احتمالاً از ذهن انسان تراوش نمی‌کنند. اما این طرح‌ها اغلب بهبودهای قابل توجهی نسبت به بهترین ریزتراشه‌های استاندارد ارائه می‌دهند. او می‌افزاید: «ما به ساختارهایی می‌رسیم که پیچیده و به نظر تصادفی می‌آیند و وقتی با مدارها ترکیب می‌شوند، عملکردی ارائه می‌دهند که پیشتر دست‌نیافتنی بود. انسان‌ها واقعاً نمی‌توانند آن‌ها را درک کنند، اما می‌توانند بهتر عمل کنند.»

سنگوپتا، استاد مهندسی برق و کامپیوتر و همکار مدیر برنامه NextG در دانشگاه پرینستون، اضافه می‌کند: «این مدارها را می‌توان برای عملکردی با بهره‌وری انرژی بیشتر مهندسی کرد یا طوری طراحی کرد که در یک بازه فرکانسی وسیع که در حال حاضر ممکن نیست، کارایی داشته باشند.» افزون بر این، این روش ساختارهای ذاتی پیچیده را در عرض چند دقیقه تولید می‌کند، در حالی که الگوریتم‌های معمول ممکن است هفته‌ها وقت ببرند. در برخی موارد، روش جدید می‌تواند ساختارهایی ایجاد کند که با تکنیک‌های فعلی قابل ساخت نیستند.

اودای خانخوژه، یکی از نویسندگان و استاد مهندسی برق در IIT مدرس، می‌گوید این تکنیک نه تنها کارایی را افزایش می‌دهد، بلکه نویدبخش رویکردهای نوینی برای حل چالش‌های طراحی است که فراتر از توانایی مهندسان است. او می‌گوید: «این کار، تصویری جذاب از آینده ارائه می‌دهد. هوش مصنوعی نه تنها شبیه‌سازی‌های الکترومغناطیسی زمان‌بر را سرعت می‌بخشد، بلکه امکان کاوش در فضایی از طراحی را فراهم می‌کند که تاکنون ناشناخته بوده است، و دستگاه‌هایی با عملکرد بالا و شگفت‌انگیز را ارائه می‌دهد که با قوانین معمول و شهود انسانی در تضاد است.»

ریزتراشه‌های بی‌سیم ترکیبی از مدارهای الکترونیکی استاندارد مانند مدارهای موجود در ریزتراشه‌های کامپیوتری و ساختارهای الکترومغناطیسی شامل آنتن‌ها، رزوناتورها، تقسیم‌کننده‌های سیگنال، ترکیب‌کننده‌ها و سایر اجزا هستند.

ترکیب عناصر در طراحی مدارهای پیشرفته

این ترکیبات عناصر در هر بلوک مدار به دقت طراحی و ساخته می‌شوند تا به بهترین شکل ممکن عمل کنند. این رویکرد سپس به سایر مدارها، زیرسیستم‌ها و سیستم‌ها گسترش می‌یابد که باعث می‌شود فرآیند طراحی بسیار پیچیده و زمان‌بر شود، به‌ویژه برای تراشه‌های مدرن و با عملکرد بالا که در پشت کاربردهایی نظیر ارتباطات بی‌سیم، خودروهای خودران، رادار و تشخیص حرکت قرار دارند.

سنگوپتا می‌گوید: «در طرح‌های کلاسیک، این مدارها و عناصر الکترومغناطیسی با دقت، قطعه به قطعه در کنار هم قرار می‌گیرند تا سیگنال، آن‌طور که می‌خواهیم، در تراشه جریان پیدا کند. با تغییر این ساختارها، ویژگی‌های جدیدی را اضافه می‌کنیم.» او اضافه می‌کند: «پیش از این، ما یک روش محدود برای انجام این کار داشتیم، اما در حال حاضر، گزینه‌های بسیار بیشتری در دسترس است.»

درک وسعت فضای طراحی یک تراشه بی‌سیم می‌تواند دشوار باشد. سنگوپتا می‌گوید: «مدار در یک تراشه پیشرفته آن‌قدر کوچک است و هندسه‌اش آن‌قدر دقیق است که تعداد پیکربندی‌های ممکن برای یک تراشه از تعداد اتم‌های موجود در جهان بیشتر است.» هیچ راهی وجود ندارد که یک فرد بتواند آن سطح از پیچیدگی را درک کند، بنابراین طراحان انسانی سعی نمی‌کنند این کار را انجام دهند. آن‌ها تراشه‌ها را از پایین به بالا می‌سازند، اجزا را به مرور اضافه می‌کنند و طراحی را در حین ساخت تنظیم می‌کنند.

به گفته سنگوپتا، هوش مصنوعی این چالش را از منظری متفاوت بررسی می‌کند. این سیستم، تراشه را به‌عنوان یک اثر واحد می‌بیند و می‌تواند به آرایش‌های عجیب اما مؤثر منجر شود. او می‌گوید: «انسان‌ها در این سیستم هوش مصنوعی نقش حیاتی ایفا می‌کنند؛ قسمتی از این به این دلیل است که آن هوش مصنوعی می‌تواند آرایش‌های نادرست و همچنین مؤثر ایجاد کند. در حال حاضر، ممکن است هوش مصنوعی عناصری را تصور کند که کار نمی‌کنند.» این امر نیازمند نظارت انسانی است.

سنگوپتا می‌گوید: «چالش‌هایی وجود دارد که هنوز نیاز به اصلاح توسط طراحان انسانی دارند. هدف این نیست که طراحان انسانی را با ابزارها جایگزین کنیم. هدف، افزایش بهره‌وری با ابزارهای جدید است. ذهن انسان بهترین استفاده را برای خلق یا اختراع چیزهای جدید دارد و کارهای روزمره و کاربردی‌تر را می‌توان به این ابزارها سپرد.»

محققان از هوش مصنوعی برای کشف و طراحی ساختارهای الکترومغناطیسی پیچیده استفاده کرده‌اند که به‌طور مشترک با مدارها طراحی شده‌اند تا تقویت‌کننده‌های پهنای باند به وجود آید. سنگوپتا می‌گوید: «تحقیقات آینده شامل پیوند چندین ساختار و طراحی کل تراشه‌های بی‌سیم با سیستم هوش مصنوعی خواهد بود.» او می‌افزاید: «اکنون که این روش نویدبخش است، تلاش بیشتری برای فکر کردن به سیستم‌ها و طراحی‌های پیچیده‌تر صورت می‌گیرد. این تازه نوک کوه یخ است که آینده این حوزه [فناوری] را نشان می‌دهد.»