Vědci vyvinuli první mikrovlnný mozkový mikročip na světě, nový typ procesoru, který provádí výpočty pomocí mikrovln a vyžaduje velmi málo energie.
Vědci vyvinuli zcela nový druh mikročipu, který k provádění operací využívá mikrovlny namísto konvenčních digitálních obvodů.
Procesor, který může pracovat rychleji než konvenční CPU, je první plně funkční mikrovlnná neuronová síť na světě (MNN), která se vejde na čip, uvedli vědci ve studii zveřejněné 14. srpna v časopise. Přírodní elektronika.
„Protože je schopen okamžitě zkreslit programovatelným způsobem v širokém frekvenčním pásmu, může být znovu použit pro několik výpočetních úloh,“ hlavní autor studie Bal Govinddoktorand na Cornell University, řekl v a prohlášení. „Obchází velké množství kroků zpracování signálu, které digitální počítače běžně musí dělat.“
Síla mikrovln
Čip využívá analogové vlny v mikrovlnném rozsahu elektromagnetického spektra, v rámci an umělá inteligence (AI) neuronová síť, aby se vytvořil hřebenovitý vzor ve tvaru vlny mikrovln. Pravidelně rozmístěné spektrální čáry ve frekvenčním hřebenu fungují jako pravítko a umožňují tak rychlé a přesné měření frekvencí.
Neuronové sítě, které jsou základem mikrovlnného čipu, jsou sbírkou algoritmů strojového učení, které jsou inspirovány strukturou lidského mozku. Mikrovlnný mozkový čip využívá propojené elektromagnetické uzly v laditelných vlnovodech k identifikaci vzorů v souborech dat a přizpůsobení se příchozím informacím.
Mikrovlnný mozek byl vytvořen pomocí MNN, integrovaného obvodu, který zpracovává spektrální složky (jednotlivé frekvence v signálu) zachycováním vstupních datových prvků v široké šířce pásma.
Čip je schopen řešit jednoduché logické operace a pokročilé výpočty, jako je rozpoznávání binárních sekvencí nebo identifikace vzorů ve vysokorychlostních datech s přesností 88 %. Ve studii vědci poznamenali, že to dokázali v několika problémech s klasifikací bezdrátového signálu.
Díky provozu v mikrovlnném analogovém rozsahu a uplatnění pravděpodobnostního přístupu může čip zpracovávat datové toky v řádu desítek gigahertzů (nejméně 20 miliard operací za sekundu). Tato rychlost převyšuje rychlost většiny procesorů pro domácí počítače, které obvykle pracují mezi 2,5 a 4 GHz (2,5 miliardy až 4 miliardy operací za sekundu).
„Bal zahodil mnoho konvenčních obvodů, aby toho dosáhl,“ uvedla v prohlášení spoluautorka Alyssa Apsel, ředitelka School of Electrical and Computer Engineering na Cornell University. „Místo toho, aby se snažil přesně napodobit strukturu digitálních neuronových sítí, vytvořil něco, co vypadá spíše jako řízená kaše frekvenčního chování, která vám nakonec může poskytnout vysoce výkonný výpočet.“
K udržení přesnosti v konvenčních digitálních systémech potřebujete více obvodů, více výkonu a více oprav chyb, dodal Govind v prohlášení. Pravděpodobnostní přístup však znamená, že výzkumníci udržovali vysokou přesnost při jednoduchých i složitých výpočtech, aniž by přidávali další režii.
Pozoruhodná je také nízká spotřeba mikrovlnného čipu. Může spotřebovat méně než 200 miliwattů (méně než 0,2 wattu), což je přibližně stejný vysílací výkon jako mobilní telefony. Pro srovnání, většina CPU vyžaduje vstupní výkon at minimálně 65W.
Tato nízká spotřeba energie znamená, že čip by mohl být instalován v osobních zařízeních nebo nositelných technologiích, uvedli vědci. Je to slibná technologie pro použití v edge computingu, protože by mohla snížit latenci odstraněním potřeby připojení k centrálnímu serveru. Mohlo by to být také užitečné při nasazování AI, protože by mohlo nabídnout vysoce zpracovanou alternativu s nízkými požadavky na spotřebu pro trénování modelů AI.
Dalším krokem výzkumníků bude zjednodušení návrhu snížením počtu vlnovodů a zmenšením čipu. Kompaktnější čip by mohl používat propojené hřebeny, které by mohly generovat bohatší výstupní spektrum a pomáhat trénovat neuronovou síť.
