Дослідники з Корнелльського університету створили перший у світі чип, що працює на мікрохвилях замість традиційних цифрових схем.

Процесор являє першу повноцінну мікрохвильову нейромережу, яку можна розмістити на кристалі, та працює швидше за традиційні ЦП. Високошвидкісні застосунки, як, наприклад, радіолокаційна зйомка, вимагають швидкої обробки даних. Мікрохвилі в аналоговому спектрі здатні задовольнити вимоги з обробки даних у таких застосунках.

Чип використовує аналогові хвилі мікрохвильового діапазону електромагнітного спектра та нейромережу на базі штучного інтелекту для створення гребенеподібного візерунка у формі мікрохвиль. Регулярно розташовані спектральні лінії в частотній гребінці діють як лінійка, що дозволяє швидко та точно вимірювати частоти.

Нейромережі, на яких базується цей чип, являють набори алгоритмів машинного навчання, натхнених роботою людського мозку. Мікропроцесор використовує взаємопов’язані електромагнітні вузли всередині настроюваних хвильоводів для виявлення закономірностей у наборах даних та адаптації до інформації, що надходить. 

Чип був створений з використанням інтегральної схеми (MNN), яка обробляє спектральні компоненти (окремі частоти у сигналі), збираючи характеристики вхідних даних у широкій смузі пропускання. Він здатен виконувати прості логічні операції та складні обчислення, зокрема, розпізнавання двійкових послідовностей або виявлення закономірностей високошвидкісних даних, з точністю 88%. 

У мікрохвильовому аналоговому діапазоні та з використанням імовірнісного підходу чип здатен обробляти потоки даних з частотою у кілька десятків ГГц (щонайменше 20 млрд операцій на секунду). Це вище за швидкість більшості процесорів у звичайних користувацьких комп’ютерах, які зазвичай працюють на частоті від 2,5 до 4 ГГц (від 2,5 до 4 млрд операцій на секунду). 

Як зазначає Бал Говінд, для збереження точності традиційні цифрові системи вимагають більшої кількості схем, більше потужності та можливостей для виправлення помилок. Натомість імовірнісний підхід дозволив розробникам зберігати високу точність як у простих, так і у складних обчисленнях без необхідності додаткових витрат. 

Мікросхема споживає менше ніж 0,2 Вт. Більшості сучасних процесорів необхідна вхідна потужність не менше 65 Вт. Дослідники зазначають, що низьке енергоспоживання дозволяє інтегрувати чип у персональні пристрої та ті, що носяться. Далі вчені планують спростити конструкцію, зменшивши кількість хвильоводів та розміри чипа. Компактніша мікросхема може використовувати об’єднані між собою гребінки та генерувати ширший вихідний спектр, вдосконалюючи процес навчання нейромереж.

Результати дослідження опубліковані у Nature Electronics

Джерело: LiveScience