Вчені створили перший у світі мікрохвильовий мікрочип — набагато швидший та ефективніший за традиційні аналоги

Исследователи из Корнелльского университета создали первый в мире чип, работающий на микроволнах вместо традиционных цифровых схем.

Процессор представляет первую полноценную микроволновую нейросеть, которую можно разместить на кристалле, и работает быстрее традиционных ЦП. Высокоскоростные приложения, как, например, радиолокационная съемка, требуют быстрой обработки данных. Микроволны в аналоговом спектре способны удовлетворить требования по обработке данных в таких приложениях.

«Поскольку он способен мгновенно программно искажать сигнал в широком диапазоне частот, его можно использовать для решения различных вычислительных задач. Он позволяет избежать значительного количества этапов обработки сигнала, которые обычно выполняют цифровые компьютеры», — объясняет ведущий автор исследования, научный сотрудник из Корнелла Бал Говинд.

Чип использует аналоговые волны микроволнового диапазона электромагнитного спектра и нейросеть на базе искусственного интеллекта для создания гребневидного узора в форме микроволн. Регулярно расположенные спектральные линии в частотной гребенке действуют как линейка, что позволяет быстро и точно измерять частоты.

Нейросети, на которых базируется этот чип, представляют наборы алгоритмов машинного обучения, вдохновленных работой человеческого мозга. Микропроцессор использует взаимосвязанные электромагнитные узлы внутри настраиваемых волноводов для выявления закономерностей в наборах данных и адаптации к поступающей информации.

Чип был создан с использованием интегральной схемы (MNN), которая обрабатывает спектральные компоненты (отдельные частоты в сигнале), собирая характеристики входных данных в широкой полосе пропускания. Он способен выполнять простые логические операции и сложные вычисления, в частности, распознавание двоичных последовательностей или выявление закономерностей высокоскоростных данных, с точностью 88%.

В микроволновом аналоговом диапазоне и с использованием вероятностного подхода чип способен обрабатывать потоки данных с частотой в несколько десятков ГГц (не менее 20 млрд операций в секунду). Это выше скорости большинства процессоров в обычных пользовательских компьютерах, которые обычно работают на частоте от 2,5 до 4 ГГц (от 2,5 до 4 млрд операций в секунду).

Как отмечает Бал Говинд, для сохранения точности традиционные цифровые системы требуют большего количества схем, больше мощности и возможностей для исправления ошибок. Вместо этого вероятностный подход позволил разработчикам сохранять высокую точность как в простых, так и в сложных вычислениях без необходимости дополнительных затрат.

Микросхема потребляет менее 0,2 Вт. Большинству современных процессоров необходима входная мощность не менее 65 Вт. Исследователи отмечают, что низкое энергопотребление позволяет интегрировать чип в персональные и носимые устройства. Далее ученые планируют упростить конструкцию, уменьшив количество волноводов и размеры чипа. Компактная микросхема может использовать объединенные между собой гребенки и генерировать широкий выходной спектр, совершенствуя процесс обучения нейросетей.

Результаты исследования опубликованы в Nature Electronics

Источник: LiveScience