Les technologies sans fil évoluent à un rythme effréné, et les microcircuits qui gèrent leurs signaux représentent un défi majeur pour les ingénieurs. La conception de ces composants se révèle non seulement complexe mais aussi coûteuse. Dans une recherche collaborative entre l’Université de Princeton et l’Institut indien de technologie, une solution innovante a été proposée : l’utilisation de l’intelligence artificielle pour accélérer et réduire les coûts de conception.
Des chercheurs de Princeton Engineering et de l’Institut indien de technologie ont démontré comment l’intelligence artificielle peut transformer la conception des microcircuits sans fil. Leur étude, publiée dans Nature Communications, détaille une méthodologie où l’IA génère des structures électromagnétiques complexes et leurs circuits associés d’après des paramètres de conception spécifiques. Un processus qui autrefois prenait des semaines peut maintenant s’effectuer en quelques heures.
Non seulement cette méthode accélère le processus de conception, mais elle permet aussi la découverte de structures et de configurations de circuits inédites. Ces designs, souvent bizarres et non intuitifs, sont le produit de l’IA et offrent parfois des performances supérieures à celles des microcircuits traditionnels.
Des Designs Inattendus et Performants
Kaushik Sengupta, chercheur principal à Princeton, a souligné que «les structures que nous obtenons sont complexes et semblent aléatoirement formées, mais quand elles sont connectées aux circuits, elles offrent des performances inégalées.» Il a ajouté que «les humains ne peuvent pas vraiment les comprendre, mais elles fonctionnent mieux.»
Les microcircuits ainsi conçus peuvent améliorer l’efficacité énergétique ou fonctionner sur une gamme de fréquences beaucoup plus large que ce qui est actuellement possible. De plus, la méthode de synthèse de structures complexes par l’IA prend des minutes, là où les algorithmes classiques nécessitaient des semaines.
Vers de Nouveaux Horizons en Ingénierie
Uday Khankhoje, co-auteur de l’étude et professeur associé à l’IIT Madras, a noté que «cette technique ne se contente pas d’améliorer l’efficacité; elle ouvre la porte à des approches de conception qui étaient hors de portée des ingénieurs jusqu’à présent.»
Il a également mentionné que «l’IA accélère non seulement les simulations électromagnétiques chronophages, mais elle permet aussi d’explorer des espaces de conception inexplorés et de produire des dispositifs à hautes performances qui contredisent les règles empiriques et l’intuition humain.»
Les microcircuits sans fil combinent des circuits électroniques standards avec des structures électromagnétiques comme des antennes, des résonateurs, des diviseurs de signal, et autres composants. Leur assemblage minutieux et leur co-conception sont essentiels pour le bon fonctionnement, rendant le processus extrêmement complexe et long, surtout pour les puces de haute performance utilisées dans des applications telles que la communication sans fil, la conduite autonome, le radar et la reconnaissance de gestes.
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L’Immensité du Design des Microcircuits
Kaushik Sengupta a expliqué que «les conceptions classiques assemblent soigneusement ces circuits et éléments électromagnétiques pour que le signal circule comme prévu. En modifiant ces structures, on intègre de nouvelles propriétés.» Il a précisé qu’ «avant, nous avions des méthodes limitées pour le faire, mais maintenant, les options sont bien plus vastes.»
La complexité des microcircuits sans fil est telle que le chercheur a comparé le nombre de configurations possibles à celui des atomes dans l’univers, illustrant ainsi l’immensité du défi de design. L’approche traditionnelle par les humains est d’ajouter des composants progressivement, ajustant le design au fur et à mesure. Par contre, l’IA voit le microcircuit comme un tout, ce qui peut mener à des arrangements inhabituels mais efficaces.
Cependant, Kaushik Sengupta a reconnu que l’IA n’est pas sans faille et que «des erreurs nécessitent encore une correction par des ingénieurs humains.» Il insiste sur le fait que «le but n’est pas de remplacer les concepteurs humains, mais de les rendre plus productifs avec de nouveaux outils.»
Les chercheurs ont déjà utilisé l’IA pour concevoir des amplificateurs à large bande, et Kaushik Sengupta envisage d’étendre cette technologie à la conception de microcircuits sans fil entiers. Il a mentionné que «maintenant que cela a montré son potentiel, il y a un effort plus large pour penser à des systèmes et des designs plus complexes. Ceci n’est que le début en termes de ce que l’avenir réserve pour ce domaine.»
Légende illustration : La conception de l’IA présente des schémas de circuits inhabituels et efficaces. Crédit : Emir Ali Karahan, Université de Princeton
Article : « Emir Ali Karahan et al, Deep-learning enabled generalized inverse design of multi-port radio-frequency and sub-terahertz passives and integrated circuits », Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-54178-1
Source : U. Princeton
