Ученые создали первый в мире микроволновый микрочип, который намного быстрее и эффективнее традиционных аналогов
Исследователи из Корнеллского университета создали первый в мире чип, работающий на микроволнах вместо традиционных цифровых схем.
Процессор представляет собой первую полноценную микроволновую нейронную сеть, которую можно разместить на кристалле и которая работает быстрее, чем традиционные процессоры. Высокоскоростные приложения, такие как радиолокационная визуализация, требуют быстрой обработки данных. Микроволны аналогового спектра могут удовлетворить требования таких приложений к обработке данных.
«Поскольку он может мгновенно и программно искажать сигнал в широком диапазоне частот, его можно использовать для решения различных вычислительных задач. Устраняет значительное количество этапов обработки сигналов, обычно выполняемых цифровыми компьютерами.«, — объясняет ведущий автор исследования, исследователь из Корнелла Бэл Говинд.
Решение задач сверхширокополосных вычислений и обработки сигналов связи/Nature Electronics
Чип использует аналоговые микроволны в электромагнитном спектре и нейронную сеть, работающую на базе искусственного интеллекта, для генерации гребенчатого рисунка в форме микроволновой печи. Регулярно расположенные спектральные линии в частотной гребенке действуют как линейка, обеспечивая быстрые и точные измерения частоты.
Нейронные сети, лежащие в основе этого чипа, представляют собой набор алгоритмов машинного обучения, вдохновленных человеческим мозгом. Микропроцессор использует взаимосвязанные электромагнитные узлы в настраиваемых волноводах для выявления закономерностей в наборах данных и адаптации к поступающей информации.
Чип построен с использованием интегральной схемы многочастотной сети (MNN), которая обрабатывает спектральные компоненты (отдельные частоты сигнала), фиксируя характеристики входных данных в широкой полосе пропускания. Он способен выполнять простые логические операции и сложные вычисления, такие как распознавание двоичных последовательностей или выявление закономерностей в высокоскоростных данных, с точностью 88%.
Распределенные микроволновые колебательные режимы образуют сверхширокополосную нейронную сеть
В аналоговом СВЧ-диапазоне и с использованием вероятностного подхода чип способен обрабатывать потоки данных на скоростях в несколько десятков ГГц (не менее 20 миллиардов операций в секунду). Это быстрее, чем у большинства процессоров типичных потребительских компьютеров, которые обычно работают на частотах от 2,5 до 4 ГГц (от 2,5 до 4 миллиардов операций в секунду).
Как отмечает Бэл Говинд, традиционные цифровые системы требуют больше схем, большей мощности и больше возможностей исправления ошибок для поддержания точности. Вместо этого вероятностный подход позволяет разработчикам сохранять высокую точность как простых, так и сложных расчетов, не неся при этом дополнительных затрат.
Чип потребляет менее 0,2 Вт. Большинству современных процессоров требуется не менее 65 Вт входной мощности. Исследователи отмечают, что такое низкое энергопотребление позволяет интегрировать чип в персональные и носимые устройства. Они планируют еще больше упростить конструкцию за счет уменьшения количества волноводов и размера чипа. Компактный чип может использовать взаимосвязанные гребенки и генерировать широкий выходной спектр, улучшая обучение нейронной сети.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Electronics.
