Новый чип может декодировать любой тип данных, передаваемых по сети
Новый кремниевый чип может декодировать любой код с исправлением ошибок с помощью нового алгоритма, известного как угадывание случайного аддитивного декодирования шума (Guessing Random Additive Noise Decoding, GRAND). Новый чип:
- устраняет необходимость в специальном оборудовании для декодирования,
- повышает эффективность игровых систем, сетей 5G, Интернета вещей и многого другого.
Каждый фрагмент данных, передающейся по сети Интернет, может быть изменен «шумом». Например, электромагнитными помехами от микроволновой печи или устройства Bluetooth. Данные кодируются с учетом алгоритма декодирования, чтобы устранять негативные эффекты этого шума и восстанавливать исходные данные. Каждый код имел структуру, которая соответствовала определенному, очень сложному алгоритму декодирования, который часто требовал использования специального оборудования.
Исследователи из Массачусетского технологического института, Бостонского университета и Университета Мэйнут в Ирландии создали первый кремниевый чип, способный декодировать любой код, независимо от его структуры, с максимальной точностью. При этом используется универсальный алгоритм декодирования под названием Guessing Random Additive Noise Decoding (GRAND).
Угадывание случайного аддитивного декодирования шума
GRAND обеспечивает повышенную эффективность, устраняя необходимость в нескольких сложных в вычислительном отношении декодерах. Это имеет большое значение для приложений виртуальной реальности, для игр, сетей 5G и подключенных устройствах, которые полагаются на обработку большого объема данных с минимальной задержкой.
- GRAND угадывает шум, повлиявший на сообщение, и использует шаблон шума для вывода исходной информации.
- Далее генерирует серию шумовых последовательностей в том порядке, в котором они могут возникать.
- GRAND вычитает их из полученных данных и проверяет, есть ли полученное кодовое слово в кодовой книге.
Хотя шум кажется случайным по своей природе, он имеет вероятностную структуру, которая позволяет алгоритму угадывать, что это может быть.
Подробнее о структуре и алгоритме чипа
В микросхеме GRAND используется трехуровневая структура, начиная с простейших возможных решений на первом этапе и заканчивая более длинными и сложными шумами на двух последующих этапах.
Ступени работают независимо друг от друга, увеличивая пропускную способность системы и экономя электроэнергию. Устройство предназначено для плавного переключения между двумя кодовыми книгами.
Чип содержит две статические микросхемы памяти с произвольным доступом, одна из которых взламывает кодовые слова, а другая загружает новую кодовую книгу и переключается на декодирование без простоев.
Всё это позволяет чипу GRAND эффективно декодировать любой код умеренной избыточности длиной до 128 бит с задержкой всего около микросекунды.
Будущее чипа GRAND
Чип работает не только с устаревшими кодами, но может использоваться с теми, что еще не были введены. Исследователи считают, что GRAND сможет устранить необходимость в жесткой стандартизации в будущем и даже открыть сферу кодирования для волны инноваций.
Исследователи планируют решить проблему мягкого обнаружения (когда полученные данные менее точны) с помощью обновленной версии чипа GRAND. А также проверить способность GRAND взламывать более длинные и сложные коды и корректировать структуру кремниевого чипа для повышения его энергоэффективности.
Исследование финансировалось Мемориальным институтом Баттелле и Ирландским научным фондом. Исследование возглавляли:
- Мюриэль Медар, профессор кафедры электротехники и компьютерных наук;
- Амит Соломон и Вей Энн, аспиранты Массачусетского технологического института;
- Рабиа Тугсе Язичигил, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Бостонского университета;
- Арслан Риаз и Вайбхав Бансал, оба аспиранты Бостонского университета;
- Кен Р. Даффи, директор Института Гамильтона Национального университета Ирландии в Мейнуте;
- Кевин Галлиган, аспирант Мэйнут.
Исследование будет представлено на Европейской конференции по исследованию твердотельных устройств и схем. Оригинал статьи читайте на SciTechDaily.
