在无线技术的最前沿，管理信号的专用微芯片是小型化和工程化的惊人成果。它们的设计难度也很大，成本也很高。

现在，普林斯顿工程学院（Princeton Engineering）和印度理工学院（Indian Institute of Technology）的研究人员利用人工智能迈出了关键一步，减少了设计新型无线芯片的时间和成本，并发现了新的功能，以满足对更好的无线速度和性能不断扩大的需求。在12月30日发表在《自然通讯》上的一篇文章中，研究人员描述了他们的方法，其中人工智能根据设计参数在微芯片中创建复杂的电磁结构和相关电路。过去需要数周时间才能完成的高技能工作现在可以在数小时内完成。

更重要的是，新系统背后的人工智能产生了奇怪的新设计，具有不寻常的电路模式。首席研究员考希克·森古普塔（Kaushik Sengupta）表示，这些设计不符合直觉，不太可能是由人类大脑开发出来的。但它们往往比最好的标准芯片有明显的改进。

“我们正在设计复杂的结构，看起来形状随机，当与电路连接时，它们创造了以前无法实现的性能。人类不能真正理解它们，但它们可以更好地工作，”森古普塔说，他是电气和计算机工程教授，也是普林斯顿大学开发下一代通信的行业合作项目NextG的联合主任。

这些电路可以设计成更节能的操作，或者使它们可以在目前不可能的巨大频率范围内操作。此外，该方法可以在几分钟内合成固有的复杂结构，而传统算法可能需要数周时间。在某些情况下，新方法可以创造出用当前技术无法合成的结构。

研究报告的合著者、印度理工学院马德拉斯分校电子工程副教授Uday Khankhoje说，这项新技术不仅提高了效率，而且有望为工程师无法解决的设计挑战提供新的方法。

他说：“这项工作展示了一个令人信服的未来愿景。”“人工智能不仅可以加速耗时的电磁模拟，还可以探索迄今为止尚未探索的设计空间，并提供令人惊叹的高性能设备，这与通常的经验法则和人类直觉背道而驰。”

无线芯片是标准电子电路（如计算机芯片中的电路）和电磁结构（包括天线、谐振器、信号分离器、合成器等）的组合。这些元素的组合放在每个电路块中，精心手工制作和共同设计，以实现最佳运行。然后将这种方法扩展到其他电路、子系统和系统，使设计过程变得极其复杂和耗时，特别是对于无线通信、自动驾驶、雷达和手势识别等应用背后的现代高性能芯片。

“经典的设计是小心翼翼地把这些电路和电磁元件一块一块地放在一起，这样信号就能按照我们想要的方式在芯片中流动。通过改变这些结构，我们融入了新的属性，”Sengupta说。“以前，我们做这件事的方式有限，但现在选择的余地大得多。”

很难理解无线芯片的设计空间之大。森古普塔说，先进芯片的电路非常小，几何结构非常详细，一个芯片可能的结构数量超过了宇宙中的原子数量。人类不可能理解这种复杂程度，所以人类设计师不会去尝试。他们从下至上制造芯片，根据需要增加组件，并在制造过程中调整设计。

森古普塔说，人工智能从不同的角度来应对这一挑战。它将芯片视为单一的人工制品。这可能导致奇怪但有效的安排。他说，人类在人工智能系统中扮演着关键角色，部分原因是人工智能可以做出错误的安排，也可以做出有效的安排。人工智能有可能产生幻觉，至少目前是这样。这需要一定程度的人为监督。

森古普塔说：“仍有一些缺陷需要人类设计师去纠正。”“重点不是用工具取代人类设计师。关键是要用新工具来提高生产力。人类的大脑最适合用来创造或发明新事物，而那些更平凡、更实用的工作可以交给这些工具来完成。”

研究人员利用人工智能来发现和设计复杂的电磁结构，这些结构与电路共同设计，以创建宽带放大器。森古普塔表示，未来的研究将涉及将多个结构连接起来，并与人工智能系统设计整个无线芯片。

他说：“既然这显示出了希望，就需要更大的努力来思考更复杂的系统和设计。”“就该领域的未来而言，这只是冰山一角。”

作者：普林斯顿大学工程学院

链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250106195930.htm

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