Der JITX-Start verwendet AI, um die Entwicklung komplexer Leiterplatten zu automatisieren

AI hat das Potenzial, mühsame Komplexität aus dem PCB-Designprozess zu eliminieren

Jeder kann die Entwicklung von Leiterplatten erlernen, aber nur ein erfahrener Ingenieur kann ein Modell herstellen, das sowohl gut optimiert ist als auch nicht zum Schmelzen, Explodieren oder Verursachen des von der Platine gesteuerten Geräts in einen Zustand führt, in dem es explodiert oder schmilzt. Erfahrene Ingenieure sind normalerweise beschäftigt, ihre Arbeit ist teuer und ihr Charakter ist böse - besonders wenn sie gezwungen sind, Arbeiten auszuführen, die ihr Genie nicht vollständig offenbaren.

JITX ist ein Startup, das von einem Team von Ingenieuren aus den Bereichen Elektronik und Maschinenbau der University of California in Berkeley gegründet wurde und eine KI entwickelt, mit deren Hilfe optimierte Leiterplatten in Stunden statt in Wochen entwickelt werden können. Infolgedessen verlagert sich die Arbeit eines Ingenieurs von Handarbeit zu Aufsicht. Sie teilen dem System auf einer ziemlich hohen Ebene mit, dass Sie betroffen sind, und es entwickelt eine funktionierende Leiterplatte, auf der alles, was Sie nicht betrifft, bereits für Sie entschieden ist. Ihre fachmännische Erfahrung konzentriert sich nur auf die richtigen Dinge, und das System produziert Leiterplatten - nur besser, schneller und billiger.

Der Leiter von JITX ist Duncan Haldane, der Autor eines "hyperaktiven Sprungroboters mit Federn" namens Salto-1P. Ein ziemlich schwerwiegender Teil der Arbeiten an Salto-1P (sowie an anderen Robotern) wurde für die Entwicklung spezieller Hardware einschließlich Leiterplatten aufgewendet. Haldane und Kollegen stellten fest, dass sie jedes Mal, wenn sie anfingen, etwas Neues zu machen, von vorne anfangen mussten. „Wir haben festgestellt, wie wenig Zeit wir für unser Kerngeschäft - die Forschung - aufwenden“, sagt Haldane. - Unsere ganze Zeit wurde für die Eisenentwicklung auf niedrigem Niveau aufgewendet. Die Arbeitskosten für die Entwicklung von Spezialeisen sind ein großes Hindernis für neue kreative Systeme. “

Das Ziel von JITX ist es, die Hardwareentwicklung der Softwareentwicklung ähnlicher zu machen. Dies ist nicht das erste Unternehmen, das versucht, etwas in diese Richtung zu tun, und es gibt bereits viele unterstützende Tools für die Entwicklung von Leiterplatten. JITX ist jedoch der Ansicht, dass sein umfassenderer und ganzheitlicherer Ansatz einzigartig ist. Das Unternehmen schreibt in einer Pressemitteilung:

Die Inspiration für unsere Schlüsseltechnologie war die Technik zur Entwicklung von Computerchips. Das Aufkommen der Hardwarebeschreibungssprachen (HDL) in den 80er Jahren revolutionierte die Entwicklung von Chips. HDL hat die Grundprinzipien des Schaltungsdesigns geändert. Anstatt die Diagramme manuell zu zeichnen, drückten die Ingenieure das gewünschte Verhalten der Schaltung mithilfe von Code aus, und dann übersetzten die Algorithmen diesen Code automatisch in die erforderlichen Kupferformen. Mit diesem Workflow können Sie heutige Chips für Milliarden von Transistoren erstellen. Wir werden den gleichen Workflow bei der Entwicklung von Leiterplatten organisieren.

Die Entwicklung von Leiterplatten erfordert die Anwendung von Wissen aus vielen Bereichen - man muss Elektrotechnik (Schaltungsdesign, Hochfrequenzdesign, Signal- und Energiekonformität), Maschinenbau (Temperatur und Vibration) und Produktion (Kostenoptimierung, Design unter Berücksichtigung der Produktionsanforderungen, Eignung für Massenmontage und Prüfung berücksichtigen ) Es ist nicht überraschend, dass fast alle dieser Unteraufgaben schwer zu computerisieren sind. Daher müssen wir ausgeklügelte Darstellungen und Heuristiken verwenden, um geeignete Lösungen zu erhalten. In jedem dieser Bereiche müssen Sie Millionen von Details überwachen, und es ist höchste Zeit, Computer dazu zu bringen, die gesamte Buchhaltung durchzuführen.

Hier ist eine frühe JITX-Demo, die Haldane im letzten November aufgenommen hat. Sie können sich also vorstellen, wie das alles funktioniert:


"Was sie versuchen, wird von den meisten Menschen in der Eisenindustrie benötigt", sagt Ted Larson. Larson leitet ein OLogic-Unternehmen, das sich auf die Entwicklung und Erforschung eingebetteter Systeme mit Schwerpunkt Robotik konzentriert. OLogic hat an vielen Robotern gearbeitet, mit denen Sie wahrscheinlich vertraut sind, die jedoch nicht das Recht haben, über Ihre Arbeit zu sprechen. "Eines der Probleme, die sie identifiziert haben und denen ich zustimme, ist, dass Silicon Valley begonnen hat, schrecklich schlechte Geräte zu entwickeln", sagt Larson. - Die Annahme, dass es schwierig ist, Eisen zu entwickeln, und dass es nicht genug Leute gibt, die dies tun könnten, ist nicht so teuer? Es ist richtig auf den Punkt. "

Es gibt jedoch Gründe, warum der Ansatz zur Entwicklung von Eisen und zur Entwicklung von Software noch nicht umgesetzt wurde, sagt Larson. "Viele Menschen möchten die Entwicklung der Elektronik der Softwareentwicklung ähneln, aber es gibt Probleme bei der Verwendung dieses Ansatzes bei Schaltkreisen, die über einige Prototypen hinausgehen." Um Schaltkreise zu entwickeln, die hergestellt und Tests zur Einhaltung von Standards unterzogen werden können, benötigt man Erfahrung sowie die Auswahl aller erforderlichen Komponenten, die genau so zusammenarbeiten, wie sie sollten. Laut Larson ist JITX ideal für Projekte zwischen der Prototypenphase und der Produktionsphase, insbesondere angesichts der Zeitersparnis und der Kosten traditioneller Ansätze. Und er sagt, dass das System Potenzial hat. "Sie stehen ganz am Anfang der Reise und haben enorme Möglichkeiten, den gesamten Prozess zu verbessern."


Drei von JITX AI entwickelte Boards

Bisher verwendet JITX Tools für den internen Gebrauch. Sie sagen ihnen, was das Board tun soll, und sie stellen die Ingenieure ein, denen die KI hilft, an dieser Aufgabe zu arbeiten und das effizienteste Board herauszugeben. Im Durchschnitt liefert JITX Leiterplatten dreimal schneller und 25% billiger als erfahrene Ingenieure, die ohne Hilfe arbeiten. Das ultimative Ziel ist es, die Automatisierung weiter zu steigern und über die Grenzen einfacher Leiterplatten hinaus zu erweitern. Derzeit wird JITX jedoch am Y Combinator-Sommerseminar teilnehmen, um Ideen mit wenig externer Unterstützung zu entwickeln.

Wir unterhielten uns per E-Mail mit dem Firmenchef Duncan Haldane .

IEEE-Spektrum : Können Sie einen typischen Leiterplattenentwurfsprozess beschreiben und was ist daran falsch?

Duncan Haldane : Zuerst müssen Sie herausfinden, was das Board tun soll. Welche Aktoren, welche Sensoren, wie kommunizieren sie miteinander, welche Verarbeitung wird benötigt. Und dann gibt es harte Arbeit.

Wir googeln, finden scheinbar optimale Sätze von Komponenten, stöbern in Spezifikationen von hundert Seiten, um zu verstehen, wie man alles zusammensetzt. Danach modellieren wir alle Komponenten in unserem bevorzugten CAD (manuelles Überschreiben der Informationen aus dem PDF) und zeichnen ein Diagramm. In der Abbildung fügen wir Symbole hinzu, die alle Teile der Platine kennzeichnen, versuchen, sie schön auszurichten (auf einer Seite oder fünfzig, abhängig von der Komplexität der Schaltung), verbinden alle Kontakte manuell und zeichnen Linien, die die Drähte anzeigen. Wir hoffen, dass beim Zeichnen der Linien keine Fehler gemacht wurden. Zu diesem Zeitpunkt laden wir andere Ingenieure ein, mehrere Stunden lang auf diese Schaltung zu starren und zu versuchen, Fehler zu finden, da der einzige Fehler dazu führt, dass Ihr Board nicht funktioniert (und möglicherweise explodiert).

Wenn wir eine Schaltung haben, können Sie die Platine selbst entwerfen. Das Ziel ist zu verstehen, wo alle Komponenten platziert werden müssen, damit Sie alle diese Kupferschienen zeichnen können, die die Kontakte verbinden. Wir müssen über eine Reihe verschiedener Physik nachdenken, und dafür starten wir alle Arten von Simulationen und markieren die Ergebnisse manuell auf der Tafel (indem wir einen Kupferpfad mit der richtigen Form zeichnen). Auch in diesem Moment müssen Sie darüber nachdenken, wie dieses Board hergestellt, montiert und getestet wird. Wir rufen erneut andere Ingenieure an, um einige Stunden lang auf das Board-Design zu starren, um Fehler zu finden. Wir hoffen, dass sie alle Fehler finden, denn jetzt sind wir bereit, für die Produktion des Boards zu bezahlen.

Was ist daran falsch? Ja, das ist es. Das ist das Schlimmste, was ein Mann tut. Stellen Sie sich vor, Sie haben das alles getan und beginnen dann für das nächste Projekt von vorne.

Warum hat niemand getan, was JITX jetzt tut?

Dies geschieht jetzt, weil die Branche verzweifelt ist. Die Entwicklung von Leiterplatten ist zu einer so heiklen Angelegenheit geworden, dass Teams von Menschen all diese Leiterplatten rund um die Uhr und in Schichten zeichnen, um die Fristen einzuhalten. Darüber hinaus sind die neuen Fabriken stark automatisiert, weshalb sich der Engpass zwischen Unternehmen und Markt in der Entwicklungsphase befindet. Und diese Dringlichkeit trat auf, als die KI einfach das Beste der vorherigen Methoden entlang der Wand verbreitete. Wir kombinieren neue KI-Ergebnisse mit dieser sich vertiefenden Marktherausforderung.

Welcher Teil der Entwicklung kann automatisiert werden und wie wird er für den Endbenutzer aussehen?

Alles kann automatisiert werden, Sie müssen nur den richtigen Ansatz finden. Für den Endbenutzer wird es fast so aussehen, wie unsere Werkzeuge heute funktionieren. Der Benutzer sagt, dass es ihm wichtig ist und nicht, wie es geht. Zum Beispiel bestellen wir eine Karte mit einem BLE-System und einem Mikrofon (dies ist das „Was“), und unsere Software wählt die entsprechenden Schlüsselkomponenten aus der Bibliothek aus, löst Probleme mit Strom- und Komponentenwerten, weist Kontakte zu, plant den Standort, markiert Spuren und gibt eine Karte und einen Schaltkreis aus (es ist wie"). Wenn die Form der Platine für Sie wichtig ist, fügen Sie diese Einschränkung hinzu. Wenn die Position der Komponente für Sie wichtig ist, fügen Sie diese Einschränkung hinzu. Wenn Sie wissen, welchen BLE-Chip Sie benötigen, fügen Sie diese hinzu. Die Entwicklungstools müssen intelligent genug sein, um mit den ganzen Millionen Details umzugehen, die Sie nicht interessieren, und Ihr Design für das zu optimieren, was für Sie wichtig ist.

Was sind die Einschränkungen des Systems, an dem Sie arbeiten?

Die größte Einschränkung besteht darin, dass Entwickler die Kontrolle über kleine Dinge für Automatisierung, Genauigkeit und Geschwindigkeit opfern. Dies ist ein sehr großer Unterschied zu den heutigen Werkzeugen.

Woran arbeiten Sie mit DARPA?

Wir sind Teil der Electronics Resurgence Initiative (ERI), einer massiven Zusammenarbeit zur Neuerfindung des Elektronikprozesses. Insbesondere nehmen wir am IDEA-Programm teil, nach dem die Entwicklung der Elektronik ohne menschliches Eingreifen durchgeführt wird. Zu diesem Zweck arbeiten wir an Unternehmen, die Halbleiter und Komponenten herstellen, um eine umfangreiche Bibliothek elektronischer Komponenten zu erstellen. Wir erstellen Software, die übergeordnete Projektziele in echte Leiterplatten verwandelt, und Optimierungstools, die die besten Versionen für die von Ihnen benötigten Leiterplatten finden.

Wie sehen Sie die ferne Zukunft und wie passt Ihre aktuelle Arbeit dazu?

In Zukunft wollen wir die Technologie der automatischen Entwicklung von Leiterplatten skalieren, um den Eisenentwicklern mehr kreative Freiheit zu geben. Jeder erhält maßgeschneiderte Leiterplatten, und wir garantieren, dass das Problem weiterhin gelöst bleibt. Dann wollen wir zur elektromechanischen Entwicklung zurückkehren. Bei der Konstruktion einer Leiterplatte treten bei Streitigkeiten mit einem Maschinenbauingenieur viele Probleme auf, wie ein weiterer halber Millimeter zusätzlicher Platz zum Schieben eines anderen Bauteils erhalten werden kann. Roboter sind elektromechanische Geräte, und wir arbeiten daran, dass unsere Software eines Tages verbesserte Roboter entwickeln kann, die die nächste Generation von Robotern von noch besserer Qualität zusammenbauen, Code auf verbesserten Leiterplatten ausführen können und so weiter.

Heute verwenden wir selbst unsere Entwicklungstools, um schnell coole Leiterplatten für andere Unternehmen zu erstellen. Dies ist der beste Weg, um sicherzustellen, dass die Tools funktionieren, dass sie verwendet werden können und dass jede Minute der Entwicklung gut angelegt wurde, während wir unser Ziel anstreben.