Trí tuệ nhân tạo (AI) đang tạo ra các thiết kế chip không dây hiệu quả cao vượt trội so với phương pháp truyền thống, giảm chi phí mạnh mẽ và rút ngắn thời gian thiết kế từ vài tuần xuống còn vài giờ. Đáng chú ý, những thiết kế này phức tạp và khó hiểu đến mức các kỹ sư con người không thể hoàn toàn hiểu được chúng.
Cách mạng hóa thiết kế vi mạch với AI
Vi mạch chuyên dụng, xương sống của công nghệ không dây tiên tiến, là những kỳ quan của sự thu nhỏ và kỹ thuật. Tuy nhiên, việc thiết kế những vi mạch này là một quá trình phức tạp và tốn kém.
Các nhà nghiên cứu từ trường Kỹ thuật Đại học Princeton và Viện Công nghệ Ấn Độ đã phát triển một phương pháp đột phá sử dụng trí tuệ nhân tạo để giảm mạnh thời gian và chi phí thiết kế vi mạch. Thay đổi này cũng mở ra cánh cửa cho các tính năng mới có thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về hiệu suất không dây nhanh hơn và hiệu quả hơn.
Trong một nghiên cứu được công bố vào ngày 30-12-2024 trên tạp chí Nature Communications, nhóm nghiên cứu mô tả chi tiết cách hệ thống AI của họ tạo ra các cấu trúc và mạch điện từ trường phức tạp dựa trên các tham số thiết kế cụ thể. Những công việc trước đây yêu cầu nỗ lực của các chuyên gia trong nhiều tuần nay có thể hoàn thành trong vài giờ.
Thiết kế không theo lối mòn của AI
AI đã tạo ra những thiết kế bất thường với các mẫu mạch điện không ngờ tới. Theo nhà nghiên cứu chính Kaushik Sengupta, những thiết kế này không chỉ khó hiểu với con người mà còn vượt trội so với thiết kế chip truyền thống, thể hiện sự vượt trội đáng kể về hiệu suất.
“Chúng tôi đang tạo ra những cấu trúc phức tạp và có hình dạng ngẫu nhiên (random shaped) và khi kết nối với các mạch điện, chúng tạo ra hiệu suất trước đây không thể đạt được. Con người thực sự không thể hiểu chúng, nhưng chúng có thể hoạt động tốt hơn,” Sengupta, giáo sư kỹ thuật điện và máy tính và đồng giám đốc của NextG, chương trình hợp tác với ngành công nghiệp của Princeton, để phát triển các công nghệ giao tiếp thế hệ tiếp theo, cho biết.
Uday Khankhoje, đồng tác giả và phó giáo sư kỹ thuật điện tại IIT Madras, cho biết kỹ thuật mới không chỉ mang lại hiệu quả mà còn hứa hẹn mở ra các phương pháp tiếp cận mới để giải quyết các thử thách thiết kế đã vượt quá khả năng của các kỹ sư.
“Chúng tôi tin rằng công trình này mang đến một tầm nhìn hấp dẫn về tương lai,” ông nói. “AI không chỉ giúp tăng tốc các mô phỏng từ trường tốn thời gian, mà còn cho phép khám phá một không gian thiết kế chưa từng được khám phá và tạo ra các thiết bị có hiệu suất vượt trội đi ngược lại những quy tắc phổ biến (rules of thumb) và trực giác của con người.”
Tương lai của thiết kế chip không dây
Chip không dây là sự kết hợp của các mạch điện tiêu chuẩn như những mạch trong vi mạch máy tính và các cấu trúc điện từ bao gồm ăng-ten, bộ cộng hưởng, bộ chia tín hiệu, bộ kết hợp và các thành phần khác. Những sự kết hợp của các yếu tố này được ghép lại trong mỗi khối mạch, được chế tạo thủ công một cách cẩn thận và đồng thiết kế để hoạt động tối ưu.
Phương pháp này sau đó được mở rộng sang các mạch khác, các hệ thống con và các hệ thống lớn, làm cho quá trình thiết kế trở nên cực kỳ phức tạp và tốn thời gian, đặc biệt đối với các chip hiện đại, hiệu suất cao hỗ trợ các ứng dụng như giao tiếp không dây, lái xe tự động, radar và nhận dạng cử chỉ.
“Các thiết kế cổ điển cẩn thận kết hợp các mạch và các yếu tố điện từ này lại với nhau, từng phần một, sao cho tín hiệu chảy theo cách chúng ta muốn trong chip. Bằng cách thay đổi những cấu trúc này, chúng ta đưa vào những tính năng mới,” Sengupta cho biết. “Trước đây, chúng ta có một cách làm khá giới hạn, nhưng bây giờ các lựa chọn lớn hơn rất nhiều.”
Có thể khó để hiểu được sự rộng lớn của không gian thiết kế chip không dây. Mạch điện trong một chip tiên tiến nhỏ đến mức, và hình học chi tiết đến mức, số lượng cấu hình khả thi cho một chip vượt quá số lượng nguyên tử trong vũ trụ, Sengupta cho biết. Không thể có cách nào để một người hiểu được mức độ phức tạp này, vì vậy các nhà thiết kế con người không cố gắng. Họ xây dựng các chip từ cơ bản, thêm các thành phần khi cần thiết và điều chỉnh thiết kế khi họ xây dựng.
Cách tiếp cận thiết kế đặc biệt của AI
AI tiếp cận thử thách này từ một góc độ khác, Sengupta cho biết. Nó xem chip như một vật thể đơn lẻ. Điều này có thể dẫn đến những sắp xếp kỳ lạ nhưng hiệu quả. Ông cho biết con người đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống AI, một phần vì AI có thể tạo ra những sắp xếp sai lệch cũng như những sắp xếp hiệu quả.
“Có những cạm bẫy mà vẫn cần các nhà thiết kế con người sửa chữa,” Sengupta nói. “Mục tiêu không phải là thay thế các nhà thiết kế con người bằng công cụ. Mục tiêu là tăng năng suất với các công cụ mới. Đầu óc con người tốt nhất được sử dụng để tạo ra hoặc phát minh ra những điều mới, và công việc thiết thực hơn có thể được giao cho các công cụ này.”
“Bây giờ điều này đã chứng tỏ tiềm năng, có một nỗ lực lớn hơn để suy nghĩ về các hệ thống và thiết kế phức tạp hơn,” ông nói. “Đây chỉ là phần nổi của tảng băng về những gì tương lai mang lại cho lĩnh vực này.”
Chip được AI thiết kế tại một phòng thí nghiệm ở Đại học Princeton. Ảnh: Tori Repp/Fotobuddy
