Учени създадоха първия в света микровълнов микрочип, който е много по-бърз и по-ефективен от традиционните аналози

Изследователи от Корнелския университет са създали първия в света чип, който работи на микровълни вместо на традиционни цифрови схеми.

Процесорът представлява първата пълноценна микровълнова невронна мрежа, която може да бъде поставена на чип и работи по-бързо от традиционните процесори. Високоскоростни приложения, като например радарно изображение, изискват бърза обработка на данните. Микровълните в аналоговия спектър могат да отговорят на изискванията за обработка на данни на такива приложения.

„Тъй като може мигновено и програмно да изкриви сигнала в широкия честотен диапазон, той може да се използва за решаване на различни изчислителни проблеми. Елиминира значителен брой стъпки за обработка на сигнала, обикновено извършвани от цифрови компютри“ — обяснява водещият автор на изследването, изследователят от Корнел Бал Говинд.

Решение на проблемите със свръхширокополюсните изчисления и обработката на комуникационни сигнали/Nature Electronics

Чипът използва аналогови микровълни в електромагнитния спектър и невронна мрежа, задвижвана от изкуствен интелект, за да генерира гребенов модел с форма на микровълни. Регулярното разположените спектрални линии в честотния гребен действат като линийка, което позволява бързи и точни измервания на честотата.

Невронните мрежи, които захранват този чип, са набор от алгоритми за машинно обучение, вдъхновени от човешкия мозък. Микропроцесорът използва взаимосвързани електромагнитни възли в настройваеми вълноводи, за да идентифицира моделите в наборите от данни и да се адаптира към входящата информация. 

Чипът е създаден с помощта на интегрална схема с многочестотна мрежа (MNN), която обработва спектралните компоненти (отделни честоти в сигнала), улавяйки характеристиките на входните данни в широко поле на пропускане. Той е способен да извършва прости логически операции и сложни изчисления, като например разпознаване на двоични последователности или идентифициране на модели във високоскоростни данни, с 88% точност.

Разпределените микровълнови осцилаторни режими образуват свръхшироколентова невронна мрежа

В микровълновия аналогов диапазон и използвайки вероятностен подход, чипът е способен да обработва потоци от данни със скорости от няколко десетки GHz (поне 20 милиарда операции в секунда). Това е по-бързо от повечето процесори в типичните потребителски компютри, които обикновено работят на честоти между 2,5 и 4 GHz (2,5 и 4 милиарда операции в секунда). 

Както отбелязва Бал Говинд, традиционните цифрови системи изискват повече схеми, повече мощност и повече възможности за коригиране на грешки, за да поддържат точност. Вместо това, вероятностният подход позволява на разработчиците да поддържат висока точност както при простите, така и при сложните изчисления, без да правят допълнителни разходи.

Чипът консумира по-малко от 0,2 вата. Повечето съвременни процесори изискват поне 65 вата входна мощност. Изследователите отбелязват, че тази ниска консумация на енергия позволява чипът да бъде интегриран в лични и носими устройства. Те планират допълнително да опростят конструкцията, като намалят броя на вълноводите и размера на чипа. Компактният чип може да използва взаимосвързани гребени и да генерира широк изходен спектър, подобрявайки обучението на невронните мрежи.

Резултатите от проучването са публикувани в Nature Electronics.