Hay indicios en todo el mundo de que la inteligencia artificial (IA) se está utilizando para elevar la industria electrónica a un nuevo nivel de calidad, ya sea en parte o en su totalidad. El proyecto IDEA de DARPA es un ejemplo llamativo del desarrollo de super IC, módulos semiconductores complejos como SoC y PCB.
Las partes 1 y 2 de este informe esbozan los revolucionarios objetivos de IDEA. La Parte 3 trata de la presentación de otros proyectos europeos y estadounidenses para anclar la IA en el diseño y la producción de placas de circuitos impresos.
Origen del término e intentos de definición
Fig. 1: El desarrollo del sistema y los modelos de IA adecuados, adaptados a los requisitos específicos, es una tarea matemática complicadaParacomprender mejor las siguientes explicaciones sobre la aplicación de la inteligencia artificial (IA) en el desarrollo y la producción de productos electrónicos, conviene examinar primero el significado del propio término IA. Un vistazo a Wikipedia revela todo el "embrollo". Según [1], la inteligencia artificial (IA o I. A.) es fundamentalmente una rama de la informática que se ocupa de la automatización del comportamiento inteligente y el aprendizaje automático. El término es difícil de definir, pues ya se carece de una definición precisa de "inteligencia". Fue acuñado en 1955 por el informático estadounidense John McCarthy como parte de una solicitud de financiación para un proyecto de investigación.
Hoy en día, si se examina con más detenimiento, uno se da cuenta de que en la práctica existen numerosas definiciones diferentes de IA con distintas "pretensiones". Dependiendo del punto de vista, la inteligencia artificial se define en la industria, la investigación y la política bien por las aplicaciones que se pretenden conseguir, bien atendiendo a los fundamentos científicos. Ejemplos [1]:
- La IA es la propiedad de un sistema informático de mostrar un comportamiento inteligente "similar al humano" (Bitkom e.V. y Centro Alemán de Investigación para la Inteligencia Artificial).
- La IA es una rama de la informática que se ocupa de investigar los mecanismos del comportamiento humano inteligente (Spektrum der Wissenschaft, Lexikon der Neurowissenschaften).
- Por IA entendemos las tecnologías que complementan y refuerzan las capacidades humanas de ver, oír, analizar, decidir y actuar (Microsoft Corp.).
- La IA es la capacidad de una máquina para imitar capacidades humanas como el pensamiento lógico, el aprendizaje, la planificación y la creatividad (Parlamento Europeo, sitio web).
IA fuerte y débil
Se distingue entre IA fuerte y débil. La IA fuerte serían los sistemas informáticos capaces de realizar tareas difíciles en igualdad de condiciones con los humanos. La IA débil, en cambio, consiste en dominar problemas de aplicación específicos. Aquí hay que apoyar el pensamiento humano y las aplicaciones técnicas en ámbitos concretos.
La capacidad de aprender es un requisito clave para los sistemas de IA y debe ser un componente integral que no puede añadirse a posteriori. Un segundo criterio importante es la capacidad de un sistema de IA para tratar la incertidumbre y la información probabilística. En particular, interesan aquellas aplicaciones para cuya solución parece ser necesaria una forma de "inteligencia" según el entendimiento general. En última instancia, la IA débil consiste en simular comportamientos inteligentes utilizando las matemáticas y la informática, pero no en crear conciencia o una comprensión más profunda de la inteligencia(Fig. 1).
Mientras que la creación de una IA fuerte ha fracasado hasta la fecha debido a las cuestiones filosóficas que plantea, en los últimos años se han logrado avances significativos en el lado de la IA débil. En casi todos los programas informáticos hay ya inteligencia artificial de muy distintos niveles y en diversas formas. Los usuarios no suelen reconocer el uso de la inteligencia artificial como tal.
Como ya se ha mencionado, el objetivo suele ser dominar problemas de aplicación específicos de contenido y complejidad variables. Los ejemplos de las partes 1 a 3 de este artículo muestran que, incluso con una IA débil, existen claras diferencias en las capacidades de las herramientas de IA realizadas hasta la fecha. Esto depende del rendimiento de la base informática utilizada, de la información acumulada y clasificada asociada y de la base de conocimientos en las bases de datos de fondo, de la precisión de los modelos subyacentes y de las aplicaciones específicas utilizadas con sus algoritmos de tratamiento de datos. En última instancia, todo es también una cuestión de costes. Salvo en el caso de aplicaciones vitales o especializadas, la IA suele tener que pagarse por sí misma.
¿Mejor que los humanos?
El primer ejemplo, IDEA de Darpa, objeto de las partes 1 y 2, demuestra unas expectativas extremadamente altas en cuanto al rendimiento del uso futuro de la IA. El mencionado Bitkom se refiere a la IA como un comportamiento inteligente "similar al humano". Sin embargo, es bien sabido que el comportamiento humano, por muy basado en la inteligencia que esté, puede ser bastante propenso a errores. Sin embargo, el objetivo del proyecto IDEA de Darpa es precisamente reducir esta propensión al error lo más cerca posible de "cero" en la realización de sistemas electrónicos extremadamente complejos del futuro mediante el uso de IA muy potente. En términos prácticos: los sistemas de armamento altamente eficientes deben funcionar de forma absolutamente fiable. La definición de Microsoft es más precisa. La IA puede resolver problemas de forma autónoma y realizar determinadas tareas tan bien o mejor que un ser humano. Sin embargo, no puede variar el enfoque de la propia resolución de problemas. Sin embargo, si el sistema de IA de IDEA ha adquirido una gran "experiencia" a través de un enorme número de proyectos completados, sin duda puede sugerir soluciones diferentes y mejores a los datos clave introducidos (especificados) para un nuevo producto objetivo que las que el "cliente" había imaginado para el sistema. Esto se debe a que es muy probable que sus conocimientos sean limitados en relación con el "sistema".
Otra razón decisiva para el proyecto IDEA es conseguir costes y plazos de desarrollo y producción razonables para futuros sistemas electrónicos de gran complejidad. El sistema de IA previsto en IDEA debería ser, en última instancia, mejor que los humanos y, sobre todo, decididamente más rápido. Por tanto, es probable que se sitúe ya en el extremo superior de la IA débil.
Otra reflexión importante: la realización de proyectos como IDEA tiene un efecto de retroalimentación en la industria electrónica. Cuanto mejor y más rápido se realicen estos proyectos, más potentes serán los ordenadores y, en última instancia, los sistemas de IA disponibles en menos tiempo, lo que a su vez estimulará el desarrollo de la producción electrónica y, por tanto, de toda la economía. Por tanto, es probable que la espiral de desarrollo se acelere aún más en el futuro. ¿Podrá el ser humano hacer frente a esta situación?
El sueño americano
Fig. 2: La velocidad del nuevo misil hipersónico ruso supera todo lo anteriorLaDarpa (Defense Advanced Research Projects Agency), la agencia tecnológica del Departamento de Defensa estadounidense (DoD), ha tomado a menudo la iniciativa en el desarrollo ulterior de tecnologías y de los productos finales basados en ellas para el sector de defensa del país y otros ámbitos importantes. En muchos casos, los esfuerzos, unos más y otros menos intensos, han tenido éxito. También inició las actividades correspondientes en 2017 para el uso intensivo de la IA en el desarrollo de productos electrónicos. Según los expertos de Darpa, había serias razones para ello, que se explicaban detalladamente en su sitio web [2]. Allí se explica lo siguiente: Los sistemas electrónicos inteligentes de próxima generación que permitirán al DoD utilizar ampliamente, por ejemplo, la inteligencia artificial, los vehículos autónomos, las comunicaciones de espectro compartido, la guerra electrónica y el radar, deben tener eficiencias de proceso órdenes de magnitud superiores a las posibles con la electrónica comercial actualmente disponible. Ejemplo: El uso de los nuevos misiles hipersónicos ya existentes sólo puede contrarrestarse con sistemas de detección y defensa adecuados, inteligentes y rápidos de una nueva calidad(Fig. 2).
Para alcanzar los niveles de rendimiento exigidos por estas aplicaciones del Departamento de Defensa, es preciso desarrollar plataformas de sistema en chip (SoC) de gran complejidad que utilicen las tecnologías de circuitos integrados más avanzadas. A pesar de los avances en las herramientas de automatización del diseño electrónico (EDA), la complejidad de los pasos implicados en el diseño y la verificación de circuitos integrados sigue aumentando rápidamente, en parte debido al progreso constante de la Ley de Moore. Para cumplir los requisitos de diseño, los fabricantes de electrónica comercial que desarrollan soluciones de hardware avanzadas emplean equipos de diseño cada vez más grandes, en los que cada diseñador es experto en una faceta concreta del flujo de diseño. Sin embargo, el DoD no dispone de los recursos en términos de investigadores y equipos de desarrollo para aplicar o gestionar eficazmente una estrategia de este tipo de la forma tradicional. Esto da lugar a ciclos de diseño de hardware dos o tres veces más largos que en las organizaciones comerciales.
Para cerrar la brecha en la experiencia y los recursos de diseño y seguir el ritmo del aumento exponencial de la complejidad de los chips, el DoD inició en 2017 el programa Intelligent Design of Electronic Assets (IDEA). El objetivo es intentar desarrollar un compilador de hardware de propósito general que traduzca el código fuente o los esquemas en diseños físicos (GDSII) para SoCs, System-In-Packages (SIPs) y Printed Circuit Boards (PCBs) en menos de 24 horas sin intervención humana en el bucle de diseño electrónico. El programa pretende aprovechar los avances en aprendizaje automático aplicado, algoritmos de optimización y sistemas expertos para crear un compilador que permita a los usuarios sin conocimientos previos de diseño ejecutar el diseño físico en los nodos tecnológicos más avanzados. En consecuencia, el objetivo del programa IDEA es proporcionar al DoD una forma de desarrollar rápidamente sistemas electrónicos de nueva generación sin necesidad de grandes equipos de diseño, reduciendo significativamente las barreras de coste y complejidad asociadas al diseño de electrónica avanzada.
Una tarea ingente
La magnitud de la tarea que hay que resolver, considerada revolucionaria por los expertos estadounidenses, queda patente en la siguiente cita de Andrew Kahng, de la Universidad de California en San Diego, que dirige uno de los equipos implicados: "Nadie sabe aún cómo completar con seguridad el diseño de un nuevo chip en 24 horas sin intervención humana. Se trata de un enfoque fundamentalmente nuevo que estamos desarrollando".
Erica Fuchs, profesora de la Universidad Carnegie Mellon y experta en políticas públicas sobre tecnologías emergentes, elogió el proyecto marco ERI y, por tanto, también el subproyecto IDEA en un comunicado en 2018, pero cree que el enfoque general del gobierno estadounidense para apoyar la innovación electrónica está "simplemente un orden de magnitud por debajo" de lo que se necesita para abordar los desafíos a los que se enfrenta Estados Unidos. "Esperemos que el movimiento de diseño de chips de base que Darpa está tratando de fomentar ayude a cerrar la brecha". De momento, eso no parece del todo evidente.
Perspectivas
Además de IDEA, hay que mencionar el proyecto asociado POSH (Posh Open Source Hardware). Será el tema de la segunda parte de esta serie de artículos, junto con los ambiciosos planes de la iniciativa ERI de Darpa en respuesta a las tendencias técnicas y económicas de la industria microelectrónica. ¿Podrá revitalizar la industria del chip en Estados Unidos?
Referencias
[1] https://de.wikipedia.org/wiki/K%C3%BCnstliche_Intelligenz#Begriffsherkunft_und_Definitionsversuche
[2] www.darpa.mil/program/intelligent-design-of-electronic-assets
