Imec en KU Leuven presenteren energiezuinige AI-chip voor robots

Alexander Pil
18 februari

Onderzoekers van Imec en KU Leuven hebben de allereerste chip ontworpen die een digitale en analoge coprocessor combineert om berekeningen voor artificiële intelligentie te versnellen. De Digital and Analog Accelerator, kortweg Diana, voert verschillende soorten berekeningen automatisch op de meest energie-efficiënte manier uit. Diana kan onder meer worden ingezet om robots efficiënt te laten berekenen welk voorwerp er zich in hun gezichtsveld bevindt en hoe ze dat voorwerp kunnen grijpen.

De Diana-chip van Imec en KU Leuven verdeelt de AI-taken over de digitale en analoge coprocessoren.

Artificiële intelligentie is aan een flinke opmars bezig: van smartphones die het gezicht van hun eigenaar herkennen tot robotstofzuigers die rondslingerende sokken kunnen ontwijken. Om zinvolle toepassingen mogelijk te maken, moeten deze apparaten nog sneller en beter kunnen interageren met hun omgeving. De verwerking van de omgevingsbeelden, -geluiden of andere data vindt omwille van privacyredenen best op het apparaat zelf plaats, maar vraagt ook veel rekenkracht waardoor de batterij snel dreigt leeg te lopen. Vandaag zijn sommige voertuigen en smartphones al uitgerust met een digitale processor die specifiek ontworpen is om berekeningen voor zulke artificiële intelligentie te versnellen. Om een performante augmentedrealitybril, een autonome drone of een slimme robot mogelijk te maken, is er echter een nieuwe generatie AI-chips nodig die deze berekeningen veel energiezuiniger weet uit te voeren.

Twee jaar geleden ontwikkelden onderzoekers van Imec een nieuwe chiparchitectuur waarbij de berekeningen door middel van analoge technologie rechtstreeks in het computergeheugen worden uitgevoerd. Deze analoge accelerator maakt het mogelijk om het grootste deel van de bewerkingen tien tot honderd keer energie-efficiënter uit te voeren dan in een digitale accelerator. Voor een ander deeltje van de bewerkingen is de rekenprecisie en programmeerbaarheid van een digitale accelerator dan weer beter geschikt. Om het beste van beide werelden te combineren, hebben onderzoekers van Imec en de KU Leuven via het Vlaams AI-onderzoeksprogramma een processor ontwikkeld die de analoge en een digitale coprocessor combineert. Dat leidde tot Diana, een nieuwe AI-chip die wordt gefabriceerd door chipproducent Globalfoundries.

De hybride chip voert automatisch de bewerkingen uit op de coprocessor die het meest geschikt is voor elke specifieke taak. Diana combineert dus de voordelen van een analoge coprocessor (verwerkingssnelheid en energiezuinigheid) met de brede inzetbaarheid van een digitale coprocessor. Dat opent een brede waaier aan nieuwe toepassingen die verder zullen worden onderzocht binnen het Vlaamse AI-onderzoeksprogramma. Zo wordt bijvoorbeeld een robotarm ontwikkeld die voorwerpen automatisch kan herkennen en grijpen. De verschillende rekenoperaties die voor de beeldherkenning en de robotaansturing nodig zijn, kunnen daarbij energie-efficiënt worden uitgevoerd op één en dezelfde chip.

‘De sterk toenemende heterogeniteit in de algoritmes voor artificiële intelligentie vereist nieuwe hardware die de verschillende soorten berekeningen performant en energiezuinig kan uitvoeren. Voor sommige toepassingen, zoals patroonherkenning, is een analoge coprocessor het meest geschikt. Voor andere toepassingen, zoals het redeneren over die observaties, is daarnaast ook een digitale coprocessor vereist’, zegt Marian Verhelst, onderzoeksdirecteur bij Imec en professor micro-elektronica aan de KU Leuven. ‘De oplossing die we nu voorstellen, combineert het beste van beide werelden op één compacte chip en voert berekeningen altijd op de meest energie-efficiënte manier uit, onafhankelijk van de specifieke toepassing.’0

De onderzoekers stellen de resultaten volgende week voor op ISSCC 2022, een internationaal gerenommeerde elektronicaconferentie.