لعقود من الزمن، وُصف تصميم الدوائر المتكاملة للترددات الراديوية بأنه "فن أسود" - وهي مهارة لا يتم إتقانها إلا من خلال سنوات من الخبرة المضنية. الآن، يقول الباحثون في جامعة برينستون إن الذكاء الاصطناعي يتعلم هذا الفن، وفي بعض الحالات يتفوق على البشر الذين كانوا يحتكرونه ذات يوم.
في ميزة نشرتها IEEE Spectrum في 24 يونيو 2026، قام الفريق بتفصيل كيفية استخدام أساليب التعلم الآلي لإنشاء دوائر متكاملة للترددات الراديوية (RFICs) - الرقائق الصغيرة التي تسمح للهواتف والسيارات والأقمار الصناعية بإرسال واستقبال الإشارات اللاسلكية - من الصفر. لاحظ الباحثون أن بعض المخططات الناتجة "تبدو أشبه بالفن الحديث أكثر من تخطيطات الدوائر"، ومع ذلك فقد تفوقت نماذجهم الأولية المادية على أحدث الدوائر التي صممها الإنسان من حيث الأداء. لمزيد من السياق حول هذه القصة، راجع أخبار الذكاء الاصطناعي.
لكن الإنجاز ليس جماليًا بحتًا. لقد تصور الذكاء الاصطناعي تصميمات العمل في وقت أقل مما يتطلبه المهندس البشري.
لماذا يعد تصميم شريحة التردد اللاسلكي أمرًا صعبًا للغاية؟
على عكس وحدات المعالجة المركزية (CPUs) وشرائح الرسومات (GPUs) الموجودة في أجهزة الكمبيوتر، لا يمكن تصميم شرائح الترددات اللاسلكية من خلال عملية خوارزمية موحدة. يعد تصميم RFIC تمرينًا هندسيًا عبر مجالات مادية متعددة في وقت واحد.
تتحكم معادلات ماكسويل في كيفية تفاعل المجالات الكهرومغناطيسية مع الأجهزة النشطة والسلبية الموجودة على الشريحة. وفي الوقت نفسه، تحدد قوانين الديناميكا الحرارية كيفية توليد الحرارة وإزالتها أثناء التشغيل، في حين تملي آليات التمدد الحراري مدى موثوقية الشريحة وعبوتها في تحمل تقلبات درجات الحرارة. ومع وضع كل هذه القيود في الاعتبار في وقت واحد، فإن مساحة التصميم تكاد تكون كبيرة بشكل مستحيل، حيث يتضمن كل قرار أولويات متنافسة.
والنتيجة هي أن تصميم شريحة RF واحدة جديدة يمكن أن يستغرق سنوات ويكلف عشرات إلى مئات الملايين من الدولارات لإكماله.
الترددات على المحك
إن المخاطر كبيرة لأن رقائق الترددات اللاسلكية تدعم كل التقنيات اللاسلكية تقريبًا. ترتفع درجة حرارة ترانزستورات وحدة المعالجة المركزية النموذجية عند ترددات تشغيل تبلغ بضعة جيجاهيرتز فقط. وعلى النقيض من ذلك، تعمل رقائق الترددات اللاسلكية بترددات أعلى بكثير: 28 و39 جيجا هرتز لإشارات الجيل الخامس، ومن 26.5 إلى 40 جيجا هرتز وما فوق للاتصالات عبر الأقمار الصناعية، و77 جيجا هرتز لرادارات السيارات.
وللتغلب على تلك الترددات، تقوم شرائح الترددات اللاسلكية بإدارة طاقة الإشارة بذكاء من خلال تصميم كهرومغناطيسي دقيق. يأخذ ذلك شكل شبكات معقدة من العناصر المعدنية - منتظمة هندسيًا، ومتناظرة في كثير من الأحيان، ومتقنة جدًا بحيث يمكن أن تشبه تخريمية الدانتيل. تهيمن هذه الهياكل المنفعلة، مثل المحاثات وخطوط النقل، على مساحة الشريحة، حيث تشغل مساحة أكبر بكثير من الترانزستورات نفسها.
كيف يتعامل الذكاء الاصطناعي مع المشكلة
وفقًا لتقرير IEEE Spectrum، بدأت مجموعة برينستون في استكشاف تصميم الترددات اللاسلكية المعتمد على الذكاء الاصطناعي منذ ما يقرب من سبع سنوات، في أعقاب فوز DeepMind's AlphaGo على بطل العالم Go Lee Sedol في عام 2016. وقد دفع هذا الاختراق الفريق إلى التساؤل عما إذا كان من الممكن تعليم الذكاء الاصطناعي "الفن المظلم" لتصميم الترددات اللاسلكية أيضًا.
الجواب، على نحو متزايد، هو نعم. يستخدم الباحثون التعلم المعزز جنبًا إلى جنب مع التصميم العكسي لإنشاء RFICs بسرعة من الصفر. وبدلاً من البدء من قالب بشري، يتعلم النظام الهياكل التي تنتج السلوك الكهرومغناطيسي المطلوب.
في الآونة الأخيرة، تم استخدام نماذج الانتشار — نفس عائلة الذكاء الاصطناعي التوليدي وراء تركيب الصور الحديثة — لإنشاء تخطيطات RF جديدة بسرعة. يمكن لهذه النماذج أن تنتج تصميمات إما جامحة عن عمد أو أكثر قابلية للتفسير من قبل الإنسان، وقد حققت أداءً قياسيًا مع تقليل وقت التصميم بشكل كبير.
والمثال الملموس يوضح هذا التحول. عادةً ما يبدأ المهندس الذي يصمم مضخم طاقة بقدرة 28 جيجاهيرتز لهاتف بموجة مليمترية 5G من القوالب الثابتة ويتبع أنماطًا متماثلة ومفهومة. بعد تحرره من هذه القيود، يستطيع الذكاء الاصطناعي استكشاف التصميمات التي لن يرسمها الإنسان أبدًا - والتي لا تحتاج إلى أن تكون مفهومة من قبل الإنسان حتى تعمل.
ما يأتي بعد ذلك
ويحذر الباحثون من أن هذا المجال لم يصل بعد إلى مرحلة تصميم الترددات اللاسلكية المؤتمتة بالكامل بضغطة زر. ويجادلون بأن التقدم المستقبلي سيعتمد على مجموعات بيانات كبيرة ومشتركة لتصميم الرقائق وأنظمة بيئية أكثر انفتاحًا، حتى تتمكن أنظمة الذكاء الاصطناعي من تعلم السلوكيات الكهرومغناطيسية والدوائر العالمية بدلاً من الأنماط الضيقة الخاصة بالمختبر.
إذا تم وضع هذه العناصر الأساسية في مكانها الصحيح، فإن الآثار المترتبة على ذلك ستمتد إلى ما هو أبعد من رقائق الراديو. يقترح فريق برينستون أن التصميم المدعوم بالذكاء الاصطناعي يمكن أن يصبح مستقبل تصميم الترددات اللاسلكية بالكامل - وربما أكثر من ذلك بكثير، مشيرًا إلى الجيل التالي من التقنيات اللاسلكية بما في ذلك المركبات المستقلة واسعة النطاق، والاتصالات الكمية، وخدمة الهاتف المحمول 6G، وشبكات الأقمار الصناعية المتقدمة.
بالنسبة لصناعة يمكن أن تستهلك فيها دورة تصميم واحدة سنوات وميزانيات مكونة من تسعة أرقام، فإن مجرد اقتطاع جزء صغير من ذلك الوقت يمكن أن يكون بمثابة تحويل. ومع تفوق الدوائر المصممة بواسطة الذكاء الاصطناعي بشكل متزايد على نظيراتها من صنع الإنسان، فإن "الفن المظلم" طويل الأمد لهندسة الترددات اللاسلكية قد يتحول أخيرًا إلى علم.
---
ابق على اطلاع بأخبار الذكاء الاصطناعيآخر أخبار وتحليلات وإنجازات الذكاء الاصطناعي — في مكان واحد.
اقرأ المزيد من أخبار الذكاء الاصطناعي →
