La IA tiene el potencial de eliminar la tediosa complejidad del proceso de diseño de PCB
Cualquiera puede aprender el desarrollo de placas de circuito impreso, pero solo un ingeniero experimentado podrá hacer un modelo que esté bien optimizado y que no sea propenso a derretirse, explotar o hacer que el dispositivo controlado por la placa a un estado en el que explote o se derrita. Los ingenieros experimentados generalmente están ocupados, su trabajo es costoso y su carácter es desagradable, especialmente si se ven obligados a hacer un trabajo que no revela completamente su genio.
JITX es una startup fundada por un equipo de ingenieros de electrónica e ingeniería mecánica de la Universidad de California en Berkeley que está creando una IA que puede ayudar a desarrollar placas de circuito optimizadas en horas en lugar de semanas. Como resultado, el trabajo de un ingeniero pasará del trabajo manual a la supervisión. Le dice al sistema a un nivel bastante alto que le preocupa, y está desarrollando una placa de circuito en funcionamiento en la que todo lo que no le preocupa ya está decidido por usted. Su experiencia experta en ingeniería se centra solo en las cosas correctas, y el sistema produce placas de circuito, solo que mejor, más rápido y más barato.
El jefe de JITX es Duncan Haldane, el autor de un "robot saltador hiperactivo con resortes" llamado Salto-1P. Una parte bastante seria del trabajo en Salto-1P (así como en otros robots) se gastó en el desarrollo de hardware especial, incluidas las placas de circuito impreso. Haldane y sus colegas descubrieron que cada vez que comenzaban a hacer algo nuevo, tenían que comenzar desde cero. "Nos dimos cuenta del poco tiempo que dedicamos a nuestro negocio principal: la investigación", dice Haldane. - Pasamos todo nuestro tiempo en el desarrollo de hierro de bajo nivel. Los costos laborales de desarrollar hierro especial son una gran barrera para los nuevos sistemas creativos ”.
El objetivo de JITX es hacer que el desarrollo de hardware se parezca más al desarrollo de software. Esta no es la primera compañía que intenta hacer algo en esta dirección, y ya hay muchas herramientas de apoyo para el desarrollo de placas de circuito impreso. Sin embargo, JITX cree que su enfoque más integral y holístico es único. La compañía escribe en un comunicado de prensa:
La inspiración para nuestra tecnología clave fue la técnica utilizada para desarrollar chips de computadora. La llegada
de los lenguajes de descripción de hardware (HDL) en los años 80 revolucionó el desarrollo de chips. HDL ha cambiado los principios básicos del diseño de circuitos. En lugar de dibujar los diagramas manualmente, los ingenieros expresaron el comportamiento deseado del circuito usando el código, y luego los algoritmos tradujeron automáticamente este código a las formas de cobre necesarias. Este flujo de trabajo le permite crear chips actuales para miles de millones de transistores. Organizaremos el mismo flujo de trabajo en el desarrollo de placas de circuito impreso.
El desarrollo de placas de circuito impreso requiere la aplicación de conocimientos de muchas áreas: hay que tener en cuenta la ingeniería eléctrica (diseño de circuitos, diseño de radiofrecuencia, cumplimiento de señal y energía), ingeniería mecánica (temperatura y vibración) y producción (optimización de costos, diseño teniendo en cuenta los requisitos de producción, idoneidad para el montaje en masa y las pruebas ) No es sorprendente que casi todas estas subtareas sean difíciles de informatizar, por lo que tenemos que usar representaciones ingeniosas y heurísticas para obtener soluciones adecuadas. En cada una de estas áreas, necesita monitorear millones de detalles, y ya es hora de que las computadoras hagan toda esta contabilidad.
Aquí hay una demo JITX temprana grabada por Haldane en noviembre pasado, para que puedas imaginar cómo funciona todo:
"La mayoría de las personas que trabajan en la industria del hierro necesitan lo que intentan hacer", dice Ted Larson. Larson administra una empresa OLogic enfocada en desarrollar e investigar sistemas embebidos enfocados en robótica. OLogic ha trabajado en muchos robots con los que probablemente esté familiarizado, pero no tiene derecho a hablar sobre su trabajo. "Uno de los problemas que identificaron, y con el que estoy de acuerdo, es que Silicon Valley ha comenzado a crear equipos terriblemente pobres", dice Larson. - ¿La suposición de que es difícil desarrollar hierro y que no hay suficientes personas que puedan hacer esto no es tan costoso? Va directo al grano.
Sin embargo, hay razones por las cuales el enfoque para desarrollar hierro, como para desarrollar software, aún no se ha implementado, dice Larson. "Muchas personas quieren que el desarrollo de la electrónica sea similar al desarrollo de software, pero existen problemas al usar este enfoque con circuitos que van más allá de algunos prototipos". Para desarrollar circuitos que puedan producirse y someterse a pruebas para el cumplimiento de las normas, se necesita experiencia, así como seleccionar todos los componentes necesarios que funcionarán juntos exactamente como deberían. Larson piensa que JITX es ideal para proyectos en algún lugar entre la fase de prototipo y la fase de producción, especialmente considerando el ahorro de tiempo y el costo de los enfoques tradicionales. Y dice que el sistema tiene potencial. "Están al comienzo del viaje y tienen enormes oportunidades para mejorar todo el proceso".
Tres tableros desarrollados por JITX AIHasta ahora, JITX utiliza herramientas diseñadas para uso interno. Usted les dice lo que debe hacer el tablero, y contratan a los ingenieros a quienes la IA ayuda a trabajar en esta tarea y emiten el tablero más eficiente. En promedio, JITX ofrece placas de circuito impreso 3 veces más rápido y un 25% más barato que los ingenieros experimentados que trabajan sin ninguna ayuda. El objetivo final es aumentar aún más la automatización, expandirla más allá de los límites de las placas de circuito impreso simples. Pero por ahora, JITX se unirá al seminario de verano de Y Combinator para proponer ideas con poco apoyo externo.
Charlamos con el jefe de la empresa,
Duncan Haldane , por correo electrónico.
IEEE Spectrum : ¿Puede describir un proceso típico de diseño de PCB y qué tiene de malo?
Duncan Haldane : Primero debes averiguar qué debe hacer la junta. Qué actuadores, qué sensores, cómo se comunican entre sí, qué procesamiento se necesita. Y luego hay trabajo duro.
Buscamos en Google, buscamos conjuntos de componentes aparentemente óptimos, revisamos especificaciones de cien páginas de grosor para comprender cómo armarlo todo. Después de eso, modelamos todos los componentes en nuestro CAD favorito (sobrescribiendo manualmente la información del PDF) y dibujamos un diagrama. En el diagrama agregamos símbolos que denotan todas las partes del tablero, tratamos de alinearlas bellamente (en una página, o en cincuenta, dependiendo de la complejidad del circuito), conectamos manualmente todos los contactos, dibujando líneas que indiquen los cables. Esperamos que no se hayan cometido errores al dibujar las líneas. En esta etapa, invitamos a otros ingenieros a mirar este circuito durante varias horas, tratando de encontrar errores, ya que el único error significará que su placa no funcionará (y puede explotar).
Cuando tenemos un circuito, puede diseñar la placa en sí. El objetivo es comprender dónde colocar todos los componentes para poder dibujar todas estas pistas de cobre que conectan los contactos. Necesitamos pensar en un montón de física diferente, y para esto comenzamos todo tipo de simulaciones y marcamos manualmente los resultados en el tablero (dibujando una ruta de cobre de la forma correcta). También en este momento debe pensar cómo se producirá, ensamblará y probará esta placa. Llamamos nuevamente a otros ingenieros para que observen el diseño del tablero durante varias horas en un intento de encontrar errores. Esperamos que encuentren todos los errores, porque ahora estamos listos para pagar la producción del tablero.
¿Qué tiene de malo eso? Si, eso es. Esto es lo peor que hace un hombre. Imagine que hizo todo esto, y luego nuevamente para el próximo proyecto, comience desde cero.
¿Por qué nadie ha hecho lo que JITX está haciendo ahora?Esto está sucediendo ahora porque la industria está desesperada. El desarrollo de placas de circuito impreso se ha convertido en un asunto tan delicado que los equipos de personas dibujan todas estas placas durante todo el día y en turnos para cumplir con los plazos. Además, las nuevas fábricas están altamente automatizadas, por lo que el cuello de botella entre las empresas y el mercado se encuentra en la etapa de desarrollo. Y esta urgencia apareció cuando la IA simplemente difunde el mejor de los métodos anteriores a lo largo de la pared. Combinamos nuevos resultados de IA con este desafío cada vez más profundo del mercado.
¿Qué parte del desarrollo puede automatizarse y cómo será para el usuario final?Todo se puede automatizar, solo necesita encontrar el enfoque correcto. Para el usuario final, se verá casi como funcionan nuestras herramientas hoy en día. El usuario dice que es importante para él y no cómo hacerlo. Por ejemplo, pedimos una placa con un sistema BLE y un micrófono (este es el "qué"), y nuestro software selecciona los componentes clave apropiados de la biblioteca, resuelve problemas con los valores de potencia y componentes, asigna contactos, planifica la ubicación, marca pistas y emite una placa y circuito (Este es el "cómo"). Si la forma de la placa es importante para usted, agregue esta restricción, si la ubicación del componente es importante para usted, agregue esta restricción, si sabe qué chip BLE necesita, agregue esto. Las herramientas de desarrollo deben ser lo suficientemente inteligentes como para manejar todo el millón de detalles que no le interesan y optimizar su diseño para lo que le importa.
¿Cuáles son las limitaciones del sistema en el que está trabajando?La mayor limitación es que los desarrolladores sacrifican el control sobre cosas pequeñas para la automatización, precisión y velocidad. Esta es una gran diferencia en comparación con las herramientas actuales.
¿En qué estás trabajando con DARPA?Somos parte de la
Iniciativa de Resurgimiento de la
Electrónica (ERI), un esfuerzo de colaboración masivo para reinventar el proceso de la electrónica.
Específicamente, participamos en el programa IDEA, según el cual el desarrollo de la electrónica se llevará a cabo sin intervención humana. Para hacer esto, estamos trabajando en empresas que fabrican semiconductores y componentes para crear una amplia biblioteca de componentes electrónicos, estamos creando un software que convierte los objetivos de proyectos de alto nivel en placas de circuitos reales y herramientas de optimización que encuentran las mejores versiones para las placas que necesita.
¿Cómo ve el futuro lejano y cómo encaja su trabajo actual en él?En el futuro, queremos escalar la tecnología de desarrollo automático de placas de circuito impreso para dar más libertad creativa a los desarrolladores de hierro. Todos reciben placas de circuito impreso personalizadas, y garantizamos que el problema sigue resuelto. Entonces queremos volver al desarrollo electromecánico. Al diseñar una placa de circuito impreso, surgen muchos problemas durante las disputas con un ingeniero mecánico sobre cómo obtener otro medio milímetro de espacio adicional para empujar otro componente. Los robots son dispositivos electromecánicos, y estamos trabajando para garantizar que algún día nuestro software pueda desarrollar robots mejorados que puedan ensamblar la próxima generación de robots de una calidad aún mejor, ejecutar código en placas de circuitos impresos mejorados, etc.
Hoy, nosotros mismos utilizamos nuestras herramientas de desarrollo para crear rápidamente placas de circuitos impresos geniales para otras compañías. Esta es la mejor manera de asegurarse de que las herramientas funcionen, de que se puedan usar y de que cada minuto de desarrollo se haya gastado bien mientras nos esforzamos por alcanzar nuestro objetivo.