È possibile utilizzare ChatGPT per la progettazione PCB?

ChatGPT è presto diventata l'app ideale per l'utilizzo dell'intelligenza artificiale e ha reso l'AI generativa estremamente accessibile e facile da utilizzare. Noi, naturalmente, ci siamo posti la domanda: è possibile usare ChatGPT per le attività di progettazione PCB? Fornisce risposte o risultati utili quando si effettuano ricerche di natura tecnica? In questo articolo esamineremo ciò che ChatGPT può e non può fare per quanto riguarda il PCB design.

Nella guida che stai per leggere, utilizzerò ChatGPT solo nel suo formato nativo (abbonamento Pro, ma senza plugin). Effettueremo alcuni test di conoscenza utilizzando i modelli GPT-3.5 e GPT-4. Avviso spoiler: il sistema dà risultati contrastanti e la specificità dei risultati è direttamente proporzionale alla specificità delle domande (prompt).

ChatGPT nel processo di progettazione PCB

Anzitutto, esaminiamo cosa può fare ChatGPT nel suo formato base (solo modelli, nessun plugin) e cosa non può fare. Se hai solo un abbonamento standard senza modelli, ChatGPT sarà limitato alle seguenti attività:

• Rispondere alle domande in formato testo
• Generare blocchi di codice partendo da descrizioni di attività o funzioni
• Eseguire calcoli matematici di base che utilizzano formule analitiche
• Riepilogare, parafrasare o spiegare concetti complessi
• Fornire elenchi di attività, descrivere processi e fornire istruzioni per eseguire le attività

Nel complesso, le sue caratteristiche lo rendono un candidato perfetto per generare determinati blocchi di conoscenza nella progettazione PCB. Alla data di maggio 2023, un abbonamento a ChatGPT non consente ancora al sistema di eseguire nessuna delle seguenti attività:

• Creare file di progettazione in un formato di file nativo
• Generare immagini o video
• Formarsi con le trascrizioni di video disponibili al pubblico
• Accedere a Internet in base a un URL
• Dedurre requisiti tecnici leggendo la mente

Tecnicamente, con qualche messa a punto e alcuni plugin, questo elenco di "cose non fattibili" potrebbe ridursi. Con l’aggiunta di nuove funzionalità alla piattaforma, tutto ciò potrebbe cambiare. Quando esaminiamo le diverse attività coinvolte nella progettazione di PCB, quali tipologie di attività potremmo aspettarci che svolga?

L'elenco che segue dovrebbe darci alcune idee. Questo elenco non è assolutamente definitivo e gli incarichi che seguono sono stati scelti per dimostrare la conoscenza tecnica del sistema per quanto riguarda la progettazione di circuiti stampati. Per una visione più completa dei test che ho eseguito su ChatGPT, guarda il video qui sotto:

ChatGPT e la progettazione PCB: i risultati

Diversi tipi di query sono stati testati in GPT-3.5 e GPT-4. Vorrei sottolineare che i risultati di GPT-4 non erano necessariamente più o meno dettagliati di GPT-3.5: ciò che conta è l'accuratezza tecnica, e non l'approfondimento o la composizione della risposta. Detto questo, vediamo alcuni dei prompt che ho testato su ChatGPT.

Riepilogo ricerca

Un compito in cui ritengo che ChatGPT sia molto utile è quello di sintetizzare i lavori di ricerca. Ad esempio, a volte ho bisogno di raccogliere una panoramica degli standard di settore nell'ambito di un progetto di progettazione PCB, di un video o di un articolo. In questi casi, mi piace usare ChatGPT per determinare:

• Elenchi di standard di settore in determinate aree (EMC, militare, automobilistico, ecc.)
• Una panoramica dei contenuti di determinati standard di settore
• Una panoramica degli standard di interfaccia e di come vengono utilizzati
• Alcuni calcoli che potrebbero essere necessari come parte integrante della progettazione di un'interconnessione o di un PCB
• Generare formule che sarebbero necessarie per calcolare qualcosa

Generazione di codice

Un altro esempio sono la progettazione e i test integrati. Nell'esempio seguente, sto generando una classe Python per il mio vecchio oscilloscopio LeCroy 9300 in modo da poter acquisire dati dal dispositivo. Questo codice è stato generato utilizzando GPT-4; anche GPT-3.5 ha avuto successo, ma ha utilizzato la libreria pyvisa come base. Anche se non ho testato il codice, posso affermare che genera codice con la sintassi Python corretta. Se usi ChatGPT per generare codice, assicurati di valutarne la qualità prima di utilizzarlo nel sistema.

• Ulteriori informazioni su ChatGPT per la generazione di codice di prova

Attività pratiche di alto livello

Questo è un ambito in cui ChatGPT dà risultati contrastanti. Nella prima serie di query che ho eseguito, ho scoperto che le domande troppo generalizzate producono risposte troppo generalizzate. I risultati generati potrebbero essere utili per i nuovi progettisti che vogliono sapere cosa devono ancora imparare, ma non sono utilizzabili da un designer esperto e generalizzano eccessivamente le informazioni su più query.

Ad esempio, ho chiesto a ChatGPT indicazioni su come progettare tre tipi di schede:

• PCB ad alta velocità
• PCB RF
• PCB ad alta densità

I risultati generati erano praticamente identici per tutti e tre i tipi di schede. Il sistema ha semplicemente sostituito "PCB ad alta velocità" con "PCB RF" e "PCB ad alta densità" durante la generazione dei risultati. Il video qui sopra mostra cosa accade e che tipo di risposte (troppo generiche) genera ChatGPT.

Ciò significa che il sistema sta generalizzando eccessivamente le linee guida di progettazione in aree in cui potrebbero non essere applicabili in situazioni realistiche. Se desideri ricevere una migliore assistenza sulle attività di progettazione, assicurati di porre domande molto più specifiche. Con domande più specifiche arrivano risposte più specifiche.

Conoscenze tecniche specifiche

In un'altra iterazione, ho chiesto a ChatGPT i valori di impedenza differenziale sotto varie generazioni dello standard PCI. 

In un caso, ho trovato contraddittorio il flusso di risposte, come mostrato anche nel video sopra. Dopo aver sottolineato una contraddizione, ChatGPT ha fornito una spiegazione per la contraddizione, come mostrato di seguito.

Penso che questo illustri anche la necessità di eseguire un controllo di qualità sulle conoscenze generate da un qualsiasi LLM, compreso ChatGPT. Non temere di mettere in risalto quelle che sembrano contraddizioni, perché potrebbe esserci una spiegazione, o potrebbero risultare totalmente valide. In altri casi, come nel calcolo della tensione CA di picco mostrato di seguito, le contraddizioni sono solo un'allucinazione o derivano dall'incapacità di comprendere il contesto di una domanda.

Test della capacità di calcolo di ChatGPT

È risaputo che ChatGPT può essere usato per problemi di matematica, inclusi alcuni calcoli ingegneristici. Calcoli ingegneristici che vanno oltre i problemi tipici che potresti trovare a scuola e richiedono invece una comprensione e un contesto più approfonditi.

Innanzitutto, ho chiesto a ChatGPT di calcolare la tensione di picco associata a un segnale CA a 115 V. È noto che i 115 V in un segnale CA non sono l'ampiezza, ma la tensione RMS. In 1 tentativo su 4, ChatGPT ha scambiato il valore RMS per l'ampiezza e ha calcolato la tensione errata dato che non coglieva il contesto della domanda.

È interessante che il sistema sia così incoerente. Stesso problema quando abbiamo posto una domanda più complessa sull'impedenza di una guida d'onda coplanare. Ho chiesto al sistema di calcolare questo valore utilizzando GPT-3.5 e GPT-4. In entrambi i casi, la risposta non era corretta. Con GPT-4, che è un modello più avanzato, il sistema era ancora meno preciso, in quanto affermava che per calcolare l'impedenza era necessaria la lunghezza della linea.

Raccomandazione di componenti

Ho anche chiesto a ChatGPT di consigliare alcuni componenti in base ad alcune specifiche generali. Il sistema ha fallito completamente in questo compito. I componenti consigliati non erano nemmeno lontanamente corretti. Ad esempio, quando ho richiesto una raccomandazione per un amplificatore di transimpedenza, ha consigliato un amplificatore di potenza (HMC994APM5E) e un mixer passivo (ADL-5812). Per di più, per le parti consigliate ha indicato specifiche errate.

L'unico caso in cui la risposta generata in questa categoria è stata in qualche modo utile si è verificato quando ho chiesto se un componente corrispondeva a un insieme di specifiche. In questo caso, il componente che volevo che ChatGPT consigliasse era l'OPA855. Quando ho chiesto se l'OPA855 sarebbe stato coerente con i requisiti di larghezza di banda, ha risposto correttamente.

Quando ho chiesto di consigliarmi qualcosa di più semplice come un regolatore di potenza, il sistema ha fallito in modo spettacolare, come mostrato nel video sopra. Personalmente, a meno di non avere voglia di riformulare i prompt con grande creatività, non utilizzerei i consigli sui componenti di ChatGPT.

Riepilogo dell'utilizzo di ChatGPT per il PCB design

Nel complesso, l'uso di ChatGPT per la progettazione PCB, come strumento di ingegneria, di apprendimento o di ricerca, ha prodotto sempre risultati a mio parere contrastanti.

Come strumento di ricerca e di apprendimento, il sistema genera affermazioni tecnicamente vere, ma i risultati sono molto generici e non sempre utilizzabili nella pratica. Per domande di alto livello, come ad esempio “Come si progetta un PCB ad alta velocità?”, il sistema fornisce risposte molto generalizzate. Il contesto non viene approfondito adeguatamente e spesso mancano dei suggerimenti applicabili nella vita reale. Tuttavia, è di grande aiuto per quanto riguarda le definizioni e le descrizioni degli standard di settore, che potrebbero richiedere ore di ricerca su Google per trovare risposte concise.

• Il mio voto come strumento di ricerca/apprendimento: B

Come strumento di ingegneria, va molto peggio. Per domande molto semplici, come calcolare la tensione CA di picco da una tensione CA RMS, il sistema ha dato risposte corrette nel 75% dei casi (anche se il mio era un campione di piccole dimensioni). Per compiti più complessi, come la raccomandazione di componenti in grado di soddisfare obiettivi operativi specifici, ha fallito miseramente sia con il modello GPT-3.5 che con il modello GPT-4.

• Il mio voto come strumento di ingegneria: D-

Ora che siamo arrivati a questo punto, va detto che con un abbonamento Pro si possono utilizzare dei plug-in per migliorare la capacità di generare idee di progettazione e indicazioni utili nelle attività di ingegneria. Al momento sto facendo proprio questo: una volta che avrò ottenuto dei risultati chiari, ti farò sapere com'è andata.

Indipendentemente da come utilizzi ChatGPT per la progettazione PCB, avrai comunque bisogno dei migliori strumenti di progettazione per creare prodotti funzionali e producibili. Ora che sempre più strumenti di intelligenza artificiale si fanno strada nella progettazione di PCB, Altium Designer® sarà a disposizione con il miglior software di progettazione PCB per aiutarti ad avere successo. Una volta che avrai terminato il layout PCB e sarai pronto per inviare i risultati finali alla fase di produzione, potrai condividere facilmente i dati e rilasciare i file al team con la piattaforma Altium 365™ .

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