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MIT用客製化晶片加速機器人演算

機器人對所處環境的認知越完整、反應越快速,越能保障跟人類協同工作的安全。Fanuc Canada

機器人硬體受惠於現代科技的進步能非常快速移動,但軟體處理資訊的速度則相對緩慢,麻省理工學院(MIT)電腦科學和人工智慧實驗室(CSAIL)的Sabrina Neuman博士運用機器人形態計算(robomorphic computing)設計的客製化晶片,能以硬體加速演算法軟體的執行速度。

根據TechCrunch報導,目前在日常生活中更廣泛運用機器人的主要障礙,仍是關於機器人跟人類直接協同工作時的作業安全問題,Sabrina Neuman博士的研究讓工業機器人對所處的製造環境的認知更完整、反應更快速,不僅有助於提升生產效率與速度,也可望促成實現人類與機器人整合和諧共存的科幻未來。

為特定用途而設計的客製化晶片很早就開始被使用,且越來越多運算工作需要在電量與處理能力較有限的裝置上進行,以避免透過網路傳送資料到大型資料中心處理再回傳的時間與電力耗費,因此客製化晶片日益受到歡迎。此外可客製化與效率表現更好的少量(small-run)晶片製造技術不斷精進,也使得近來各種不同用途的客製化晶片受惠而更加受到青睞。

Sabrina Neuman博士將機器人對周遭環境與定位的感知與理解、地圖製作,以及相應的運動規劃與需執行的動作等列入考量,並根據機器人的物理布局與目標用途量身訂做,因此所設計的超特定(hyper-specific)處理晶片能以硬體加速的方式,大幅提升軟體演算法的執行效率,解決機器人軟體與硬體反應時間有顯著落差的問題。

MIT News報導指出Sabrina Neuman博士的系統可創建與最佳化客製化硬體晶片的設計,提供最能滿足特定機器人運算與控制需求的解決方案,使用者將機器人的肢體布局與各種關節的運動方式等相關參數輸入系統,系統將這些物理特性轉換為各種稀疏(sparse)矩陣,這些數學矩陣中含有許多0值,大致對應到受限於機器人的特殊結構而無法做出的動作。

接著系統就能據以設計出專門針對矩陣中非0的值進行運算處理的硬體架構,而實際的測試結果也驗證最終的客製化晶片能以最佳效率執行機器人的運算需求。Sabrina Neuman博士的團隊採用性能表現顯著優於現成(off-the-shelf) CPU的現場可程式化閘陣列(FPGA),如果實際採用全新設計的全客製化晶片則可望獲得更明顯的效能提升。

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