IT之家 2 月 26 日消息，美國(guó)麻省理工學(xué)院領(lǐng)銜的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種解碼器芯片。相關(guān)研究成果在正舉行的國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議上宣讀。
該芯片使用了麻省理工之前開(kāi)發(fā)的通用解碼算法，可以破譯任何編碼信號(hào)，解碼數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)技術(shù)更簡(jiǎn)單、更快，能耗僅為其他類似硬件的 1% 到 10%，或者是說(shuō)性能比其他硬件高 10 到 100 倍，可廣泛應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)和 5G 網(wǎng)絡(luò)等對(duì)功耗苛刻的領(lǐng)域。
▲ 圖片：麻省理工學(xué)院的 Christine Daniloff
科學(xué) NEC 軟件科學(xué)與工程教授，電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系教授 Muriel Médard 介紹說(shuō)，“這是第一次有人突破了 1 皮焦耳每比特的解碼大關(guān)。這與您在系統(tǒng)內(nèi)部傳輸 1bit 所需的能量大致相同。這是一個(gè)意義重大的象征性門檻，但它也改變了接收器的平衡，從能量的角度來(lái)看，這可能是最緊迫的部分 —— 我們可以將其從解碼器轉(zhuǎn)移到其他部分”。
除 Médard 外，此次論文共同作者還包括波士頓大學(xué)的研究生 Arslan Riaz、波士頓大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程助理教授 Rabia Tugce Yazicigil、時(shí)任梅努斯大學(xué)漢密爾頓研究所所長(zhǎng)，現(xiàn)任東北大學(xué)教授的 Ken R. Duffy，以及麻省理工學(xué)院、波士頓大學(xué)和梅努斯大學(xué)的其他學(xué)者。
IT之家這里簡(jiǎn)單科普一下，大家常見(jiàn)的數(shù)據(jù)都是以比特 (0 或 1) 的形式進(jìn)行傳輸，而發(fā)送方需要通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼并在數(shù)據(jù)末尾添加糾錯(cuò)碼。這里說(shuō)的糾錯(cuò)碼也是一個(gè)由 0 和 1 組成的冗余字符串，可以視為哈希驗(yàn)證所需信息。這串信息通常會(huì)保存在特定的密碼本中，而接收端的解碼算法正是為這種特殊的密碼而設(shè)計(jì)的一種驗(yàn)證方案，它將通過(guò)特定的密碼本和哈希結(jié)構(gòu)來(lái)檢索可能已經(jīng)被混淆的原始信息。而通常情況下，每個(gè)算法都是基于特定代碼的，而且大多數(shù)算法都需要專用的硬件，所以一個(gè)設(shè)備需要許多芯片來(lái)解碼不同的數(shù)據(jù)。
研究人員此前演示了一種可以破解任何代碼的通用解碼算法 ——GRAND (猜測(cè)隨機(jī)加性噪聲解碼)，其工作原理是猜測(cè)影響信息傳輸?shù)脑肼?，然后直接從接收到的?shù)據(jù)中消去噪聲，然后檢查密碼本中剩余的內(nèi)容。它會(huì)按照可能出現(xiàn)的順序猜測(cè)一系列噪音模式。
實(shí)際上，我們接收到的數(shù)據(jù)通常帶有可靠性信息，也被稱為軟信息，它可以幫助解碼器找出哪些部分是錯(cuò)誤的。
據(jù)悉，這種新的解碼芯片被稱為 ORBGRAND (Ordered Reliability Bits GRAND)，它可以使用這種軟信息來(lái)根據(jù)每個(gè)比特中出錯(cuò)的可能性對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序。但實(shí)際上，這其實(shí)不會(huì)像排序單個(gè)比特那么簡(jiǎn)單。雖然最不可靠的部分可能是最明顯的錯(cuò)誤，但第三和第四不可靠部分加在一起可能與第七部分一樣都是錯(cuò)的。而 ORBGRAND 在這里使用了一種新的統(tǒng)計(jì)模型，可以以這種方式對(duì)比特進(jìn)行排序，因?yàn)槎鄠€(gè)比特放在一起可能和單個(gè)比特一樣會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。
“如果你的車在半路拋錨了，軟信息可能會(huì)告訴你是電池的緣故導(dǎo)致。但如果不僅僅是電池，例如電池和發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)出問(wèn)題的話就很麻煩了”，Médard 說(shuō)，而這是一個(gè)會(huì)理性思考的人如何做的 —— 雖然可能是這兩大部分一起發(fā)生故障，但你會(huì)從最容易出錯(cuò)的地方開(kāi)始排查，然后再往下看，最終才能發(fā)現(xiàn)一些不太可能發(fā)生的事情。
他們認(rèn)為，這是一種比傳統(tǒng)解碼器更有效的方法。據(jù)悉，傳統(tǒng)解碼器只會(huì)關(guān)注代碼結(jié)構(gòu)，而且它通常都是為最壞情況而設(shè)計(jì)的?！笆褂脗鹘y(tǒng)的解碼器，你得拿出汽車的設(shè)計(jì)圖，然后檢查每一個(gè)部件，雖然最終也會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，但這將花費(fèi)你很長(zhǎng)時(shí)間”，Médard 解釋道。
據(jù)介紹，只要找到一個(gè)關(guān)鍵代碼，ORBGRAND 就會(huì)停止排序，而這通常都會(huì)很快。此外，該芯片還采用了并行化的邏輯，可以同時(shí)生成和測(cè)試多種噪聲模式，從而更快地找到這種關(guān)鍵代碼。
當(dāng)他們將這種方法與其他芯片進(jìn)行比較時(shí)，ORBGRAND 以最高準(zhǔn)確度解碼時(shí)每 bit 僅消耗 0.76 皮焦耳的能量，一舉打破了之前的性能 / 能耗記錄。這也意味著，ORBGRAND 的能耗只有其他設(shè)備的十分之一甚至百分之一。
Médard 說(shuō)，開(kāi)發(fā)芯片的最大挑戰(zhàn)之一就是降低能耗。而 ORBGRAND 現(xiàn)在非常節(jié)能，以至于研究人員以前沒(méi)有關(guān)注的其他過(guò)程（例如檢查密碼本中的碼字）消耗了大部分精力。
“現(xiàn)在，這個(gè)檢查過(guò)程就像打開(kāi)汽車去看看它是否工作一樣，是最難的部分。因此，我們需要找到更有效的方法來(lái)做到這一點(diǎn)”，該團(tuán)隊(duì)還在探索改變傳輸調(diào)制的方法，以便他們可以利用 ORBGRAND 芯片提高的效率。
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