Von KI entworfener Chip ist so seltsam, dass Menschen ihn nicht verstehen können – liefert aber Rekordleistung

• Forschende haben mithilfe von KI erfolgreich einen Millimeterwellen-(mm-Wave)-Funkchip in nur wenigen Stunden entworfen
  • Dabei entstand ein deutlich effizienteres Design als mit herkömmlichen menschlichen Entwurfsmethoden
  • Chipdesign wird nicht als Ansammlung einzelner Bauteile, sondern als ein vollständiges Gesamtsystem behandelt
• Der heutige Chipentwurf erfolgt in der Regel so, dass menschliche Expert:innen auf Basis von Vorlagen schrittweise optimieren
  • Da die innere Struktur von Chips komplex und nicht vollständig zu verstehen ist, ist ein konservativer Ansatz notwendig
  • Millimeterwellen-Chips, wie sie etwa in 5G-Modems eingesetzt werden, sind wegen der Schwierigkeiten bei Miniaturisierung und Leistungsoptimierung besonders anspruchsvoll im Entwurf

KI-basierter Inverse-Design-Ansatz

• Forschende der Princeton University und des Indian Institute of Technology schlagen einen Inverse-Design-Ansatz auf Basis von Deep Learning vor
• Zuerst wird die gewünschte Leistung definiert, danach bestimmt die KI automatisch die Eingaben und Designparameter
• Statt nach dem bisherigen Vorlagenansatz wird der gesamte Chip als eigenständige Struktur entworfen
• Dabei setzt die KI den Chip auf eine Weise zusammen, auf die menschliche Entwickler:innen nicht gekommen wären

Die Zukunft des KI-Chipdesigns?

• Ein Design, das Menschen nicht verstehen, dessen Leistung aber Spitzenklasse ist
  • Der Leiter der Studie, Professor Kaushik Sengupta (Princeton University), erklärte: „Die von der KI erzeugte Struktur sieht wie eine zufällige Form aus, und Menschen können sie nicht wirklich verstehen.“
  • In der tatsächlichen Fertigung zeigte sich jedoch, dass der von der KI entworfene Chip bessere Leistung als bisherige Designs bot
• Wird KI menschliche Chipdesigner ersetzen?
  • Einige der von der KI entworfenen Chips funktionierten nicht korrekt, ähnlich wie bei den gelegentlichen „Halluzinationen“ generativer KI
  • Daher sollte KI nicht Menschen ersetzen, sondern als Werkzeug zur Steigerung der Produktivität eingesetzt werden
  • Mit KI lassen sich Chips, die auf bestimmte Ziele optimiert sind (z. B. Energieeffizienz, erweiterter Frequenzbereich), deutlich schneller entwerfen

Ausblick

• Da Miniaturisierung und Leistungssteigerung bei Funkchips entscheidend sind, ist diese KI-Designtechnik ein äußerst nützliches Forschungsergebnis
• Professor Sengupta äußerte die Erwartung, dass sich die Art des Elektronikdesigns selbst verändern könnte, wenn diese Technologie auf andere Bereiche des Schaltungsentwurfs ausgeweitet wird
• Mit der Aussage, dies sei „erst die Spitze des Eisbergs“, deutete er auf das enorme Potenzial des KI-basierten Chipdesigns hin

[princox]

So eine Blackbox ist wirklich beängstigend. „Warum funktioniert das überhaupt?“

[colus001]

Das fühlt sich ein bisschen wie bei AlphaGo an. Man weiß zwar nicht, warum so ein Zug gemacht wird, aber die Gewinnwahrscheinlichkeit ist damit höher. Wenn man gut herausfindet, in welchen Fällen Menschen das Wesen der Sache verzerren, um sie verständlich zu machen (?), könnte das bei der Optimierung sehr hilfreich sein.

[qurare]

Wenn man es mit einem Restaurant vergleicht: Menschen erstellen Kochrezepte so, dass auch andere Leute oder Aushilfen sie verstehen und danach kochen können. Die KI dagegen wirft die Zutaten einfach gebündelt in einen großen Topf und lässt alles laufen — und kann es trotzdem viel schneller zubereiten, wobei am Ende sogar noch leckereres Essen herauskommt ...

[crawler]

Das versteht man sofort, wirklich eine gute Metapher.

[GN⁺]

Hacker-News-Kommentare

• Adrian Thompson setzte in den 1990er-Jahren evolutionäre Algorithmen auf FPGA-Hardware ein und entwickelte so eine Schaltung, die zwischen 1-kHz- und 10-kHz-Tönen unterscheiden konnte

  • Die endgültige Schaltung war kleiner als von menschlichen Ingenieuren entworfene Varianten und nutzte die physikalischen Eigenschaften eines bestimmten Chips aus
  • Dazu gehörten Feedback-Schleifen, EMI-Effekte zwischen nicht verbundenen Logikeinheiten und der Betrieb von Transistoren außerhalb des Sättigungsbereichs
  • Verweise auf einen zugehörigen Artikel, eine wissenschaftliche Arbeit und Reddit-Links wurden bereitgestellt

• Es wird kritisiert, dass der Begriff AI verwendet wird, wenn eigentlich ein Optimierer gemeint ist

  • Das Ergebnis eines Optimierers als AI zu bezeichnen, ist in gewissem Maß nachvollziehbar
  • Es wird die Frage aufgeworfen, ob der Chip selbst die AI ist oder der 200 Zeilen Code umfassende Teil, der Belohnung und Iteration definiert

• Der Entwurf von Antennen und anderen Bauteilen mit evolutionären Algorithmen wird seit den frühen 2000er-Jahren betrieben

  • Es gibt die Erinnerung an einen Vortrag über „evolved“ DSP auf der FOSDEM in den 2010er-Jahren
  • Ein zugehöriger Wikipedia-Link wurde bereitgestellt

• Komplexe Geräte sind so komplex wie lebende Organismen

  • Einige werden von anderen Computern entworfen
  • Man weiß nicht genau, wie sie funktionieren
  • Westworld, Zitat von 1973

• Ein im Artikel erwähnter Kommentar ist interessant

  • Chipdesign ist effizienter, und AI verfolgt Ansätze, die für menschliche Designer schwer vorstellbar sind
  • Es ist sehr wahrscheinlich, dass ein menschlicher Designer einem Vorgesetzten kein neues Designparadigma präsentieren könnte

• Ein AI-Modell erzeugte in wenigen Stunden einen effizienteren Funkchip, aber es ist unklar, wie das Design in „zufälliger Form“ entstanden ist

  • Auch bei der NASA gab es ähnliche Versuche, bei denen eine „perfekte“ Antenne entworfen wurde
  • Die Leistung war besser als bei bestehenden, von Ingenieuren entworfenen Formen

• Es wurde begonnen, die Komplexität des Chipdesigns zu untersuchen, und in einem Nature-Artikel wurde festgestellt, dass die gesamte Diskussion auf Simulationen basiert

  • Es stellt sich die Frage, wie ein tatsächlich gefertigter Chip funktionieren würde
  • Wahrscheinlich würde er die Design-Rule-Checks nicht bestehen

• Wenn man das Design nicht verstehen kann, stellt sich die Frage, wie gründlich man seine Korrektheit testen kann

• Es wird angenommen, dass die Darstellung solcher Forschung als Durchbruch jenseits menschlichen Verständnisses ein Beispiel für Mystifizierung zu Marketingzwecken ist

  • Trotz der heutigen Vielzahl an Simulationswerkzeugen und verfügbarer Rechenleistung wirkt es fragwürdig, dass man die Funktionsweise des Chips nicht verstehen könne
  • Von den Praktikern der Wissenschaft sollte man bessere Ergebnisse erwarten