Исследователи Корнельского университета представили первый в мире микроволновый микрочип, который работает значительно быстрее и эффективнее обычных цифровых процессоров. Инновационный процессор способен выполнять вычисления как для сверхбыстрых потоков данных, так и для беспроводных сигналов, используя микроволны вместо традиционных цифровых схем.
Об этом сообщает ProIT
Особенности и принцип работы уникального чипа
Новый чип является полноценной микроволновой нейросетью, которую можно разместить на одном кристалле. Он создан для обработки данных в приложениях, требующих чрезвычайной скорости, например, в радиолокации. Микроволны в аналоговом диапазоне позволяют обеспечить необходимую производительность для таких сценариев.
«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 микроволны и нейросеть на базе искусственного интеллекта для создания гребенчатого узора в виде микроволн. Регулярно расположенные спектральные линии в частотной гребенке служат точным инструментом для измерения частот.
Нейросети, лежащие в основе устройства, имитируют набор алгоритмов машинного обучения, вдохновлённых работой человеческого мозга. Микропроцессор использует взаимосвязанные электромагнитные узлы в настраиваемых волноводах, что позволяет выявлять закономерности в больших массивах данных и адаптироваться к новой информации.
Энергосбережение, скорость и перспективы применения
Интегрированная схема (MNN) в чипе обрабатывает спектральные компоненты сигнала, собирая данные в широком диапазоне частот. Она может выполнять как простые логические операции, так и сложные вычисления, например, распознавание двоичных последовательностей или выявление структур в высокоскоростных данных с точностью до 88%.
Используя вероятностный подход в микроволновом аналоговом режиме, микрочип обрабатывает потоки данных с частотой не менее 20 ГГц, что существенно превышает стандартную производительность процессоров в массовых компьютерах (2,5–4 ГГц). Такой подход позволяет сохранять высокую точность даже в сложных вычислениях без увеличения затрат на дополнительную мощность и исправление ошибок.
Ещё одним преимуществом разработки является чрезвычайно низкое энергопотребление – менее 0,2 Вт, по сравнению с минимум 65 Вт для современных процессоров. Это открывает путь к использованию таких чипов в персональных и носимых устройствах. Исследователи уже работают над дальнейшим уменьшением размеров и упрощением конструкции, что позволит интегрировать чип в ещё более широкий спектр устройств и сделает обучение нейросетей более эффективным.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Electronics.
