전자 메일의 단락에서 가상 현실 환경의 3D 그래픽에 이르기까지 인터넷을 통해 이동하는 모든 데이터는 전자레인지나 Bluetooth 장치의 전자기 간섭과 같이 도중에 발생하는 노이즈에 의해 변경될 수 있습니다. 데이터가 목적지에 도착하면 디코딩 알고리즘이 해당 노이즈의 부정적인 영향을 취소하고 원래 데이터를 검색할 수 있도록 데이터가 코딩됩니다.
1950년대 이후 대부분의 오류 수정 코드와 디코딩 알고리즘이 함께 설계되었습니다. 각 코드는 종종 전용 하드웨어를 사용해야 하는 매우 복잡한 특정 디코딩 알고리즘에 해당하는 구조를 가지고 있었습니다.
MIT, Boston University 및 아일랜드 Maynooth University의 연구원들은 GRAND(Guessing Random Additive Noise Decoding)라는 범용 디코딩 알고리즘을 사용하여 구조에 관계없이 모든 코드를 최대 정확도로 디코딩할 수 있는 최초의 실리콘 칩을 만들었습니다. . GRAND는 계산적으로 복잡한 여러 디코더의 필요성을 제거함으로써 최소한의 지연으로 대용량 데이터를 처리하는 데 의존하는 증강 및 가상 현실, 게임, 5G 네트워크 및 연결된 장치의 애플리케이션을 가질 수 있는 효율성을 높일 수 있습니다.
소음에 집중
이러한 코드를 생각하는 한 가지 방법은 원본 데이터의 끝에 추가된 중복 해시(이 경우 일련의 1과 0)로 보는 것입니다. 해당 해시 생성 규칙은 특정 코드북에 저장됩니다.
인코딩된 데이터는 네트워크를 통해 이동할 때 다른 전자 장치에서 종종 생성되는 신호를 방해하는 노이즈 또는 에너지의 영향을 받습니다. 코딩된 데이터와 영향을 미치는 노이즈가 목적지에 도착하면 디코딩 알고리즘은 코드북을 참조하고 해시 구조를 사용하여 저장된 정보가 무엇인지 추측합니다.
대신 GRAND는 메시지에 영향을 미친 노이즈를 추측하여 작동하고 노이즈 패턴을 사용하여 원본 정보를 추론합니다. GRAND는 발생할 가능성이 높은 순서대로 일련의 노이즈 시퀀스를 생성하고 수신된 데이터에서 빼며 결과 코드워드가 코드북에 있는지 확인합니다.
노이즈는 본질적으로 무작위로 보이지만 알고리즘이 그것이 무엇인지 추측할 수 있는 확률적 구조를 가지고 있습니다.
“어떤 면에서는 문제 해결과 비슷합니다. 누군가 자신의 차를 매장으로 가져오면 정비사는 전체 차를 청사진에 매핑하는 것으로 시작하지 않습니다. 대신, 그들은 '잘못될 가능성이 가장 높은 것은 무엇입니까?'라는 질문으로 시작합니다. 가스가 필요할 수도 있습니다. 작동하지 않으면 다음은 무엇입니까? 배터리가 다 된 건 아닐까?” 메다르가 말한다.
새로운 하드웨어
GRAND 칩은 XNUMX계층 구조를 사용합니다. 첫 번째 단계에서 가능한 가장 간단한 솔루션부터 시작하여 두 개의 후속 단계에서 더 길고 복잡한 노이즈 패턴까지 작업합니다. 각 단계는 독립적으로 작동하므로 시스템의 처리량이 증가하고 전력이 절약됩니다.
또한 이 장치는 두 코드북 간에 원활하게 전환하도록 설계되었습니다. 여기에는 두 개의 정적 랜덤 액세스 메모리 칩이 포함되어 있습니다. 하나는 코드워드를 해독할 수 있고 다른 하나는 새 코드북을 로드한 다음 다운타임 없이 디코딩으로 전환합니다.
연구원들은 GRAND 칩을 테스트한 결과 최대 128비트 길이의 중간 정도의 중복 코드를 약 마이크로초의 대기 시간으로 효과적으로 디코딩할 수 있음을 발견했습니다.
Médard와 그녀의 협력자들은 이전에 알고리즘의 성공을 시연했지만 이 새로운 작업은 처음으로 하드웨어에서 GRAND의 효과와 효율성을 보여줍니다.
새로운 디코딩 알고리즘을 위한 하드웨어를 개발하려면 먼저 연구자들이 선입견을 버려야 한다고 Médard는 말합니다.
“우리는 나가서 이미 완료된 것을 재사용할 수 없었습니다. 이것은 완전한 화이트 보드와 같았습니다. 우리는 처음부터 모든 단일 구성 요소에 대해 정말로 생각해야 했습니다. 다시 생각해보는 여행이었습니다. 그리고 우리가 다음 칩을 만들 때 이 첫 번째 칩으로 우리가 더 잘할 수 있다는 습관이나 가정에서 했다는 것을 깨닫게 될 것이라고 생각합니다.”라고 그녀는 말합니다.
미래를 위한 칩
GRAND는 검증을 위해 코드북만 사용하기 때문에 이 칩은 기존 코드뿐만 아니라 아직 도입되지 않은 코드에도 사용할 수 있습니다.
5G 구현을 앞두고 규제 기관과 통신 회사는 새 네트워크에서 어떤 코드를 사용해야 하는지에 대한 합의를 찾기 위해 고군분투했습니다. 규제 기관은 궁극적으로 서로 다른 상황에서 5G 인프라에 두 가지 유형의 기존 코드를 사용하기로 결정했습니다. Médard는 GRAND를 사용하면 미래에 엄격한 표준화의 필요성을 없앨 수 있다고 말합니다.
GRAND 칩은 코딩 분야에서 혁신의 물결을 열 수도 있습니다.
“확실하지 않은 이유 때문에 사람들은 코딩을 마치 마술처럼 경외심을 가지고 접근합니다. 그 과정은 수학적으로 형편없기 때문에 사람들은 이미 존재하는 코드만 사용합니다. 나는 이것이 사람들이 이미 존재하는 코드를 사용하고 새로운 코드를 생성할 수 있도록 하여 너무 표준 지향적이지 않도록 토론을 재구성하기를 바랍니다.”라고 그녀는 말합니다.
앞으로 Médard와 그녀의 협력자들은 GRAND의 재구성된 버전으로 소프트 감지 문제를 해결할 계획입니다. 칩. 소프트 감지에서 수신된 데이터는 덜 정확합니다.
그들은 또한 GRAND가 더 길고 복잡한 코드를 해독하고 실리콘 칩의 구조를 조정하여 에너지 효율성을 개선하는 능력을 테스트할 계획입니다.
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