Каждый фрагмент данных, который передается по Интернету - от абзацев в электронном письме до трехмерной графики в среде виртуальной реальности - может быть изменен шумом, с которым они сталкиваются в пути, например, электромагнитными помехами от микроволновой печи или устройства Bluetooth. Данные кодируются так, что, когда они прибывают в пункт назначения, алгоритм декодирования может устранить негативные эффекты этого шума и восстановить исходные данные.
С 1950-х годов большинство кодов с исправлением ошибок и алгоритмов декодирования разрабатывались вместе. 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 Мейнута в Ирландии создали первый кремниевый чип, способный декодировать любой код, независимо от его структуры, с максимальной точностью, используя универсальный алгоритм декодирования под названием Guessing Random Additive Noise Decoding (GRAND). . Устраняя необходимость в нескольких сложных в вычислительном отношении декодерах, GRAND обеспечивает повышенную эффективность, которая может иметь приложения в дополненной и виртуальной реальности, играх, сетях 5G и подключенных устройствах, которые полагаются на обработку большого объема данных с минимальной задержкой.
Сосредоточьтесь на шуме
Один из способов представить эти коды - это как избыточные хэши (в данном случае, последовательность единиц и нулей), добавленные в конец исходных данных. Правила создания этого хэша хранятся в специальной кодовой книге.
Когда закодированные данные передаются по сети, на них влияет шум или энергия, которая нарушает сигнал, который часто генерируется другими электронными устройствами. Когда эти закодированные данные и шум, который на них повлиял, прибывают в пункт назначения, алгоритм декодирования обращается к своей кодовой книге и использует структуру хэша, чтобы угадать, что это за сохраненная информация.
Вместо этого GRAND угадывает шум, повлиявший на сообщение, и использует шаблон шума для вывода исходной информации. GRAND генерирует серию шумовых последовательностей в том порядке, в котором они могут возникать, 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.
«В некотором смысле это похоже на устранение неполадок. Если кто-то приносит свою машину в магазин, механик не начинает с сопоставления всей машины с чертежами. Вместо этого они начинают с вопроса: «Что, скорее всего, пойдет не так?» Может, ему просто нужен бензин. Если это не сработает, что дальше? Может, батарея разряжена? » - говорит Медар.
Новое оборудование
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. Каждая ступень работает независимо, что увеличивает пропускную способность системы и экономит электроэнергию.
Устройство также предназначено для плавного переключения между двумя кодовыми книгами. Он содержит две статические микросхемы памяти с произвольным доступом, одна из которых может взламывать кодовые слова, а другая загружает новую кодовую книгу и затем переключается на декодирование без простоев.
Исследователи протестировали чип GRAND и обнаружили, что он может эффективно декодировать любой код умеренной избыточности длиной до 128 бит с задержкой всего около микросекунды.
Медар и ее сотрудники ранее продемонстрировали успех алгоритма, но эта новая работа впервые демонстрирует эффективность и действенность GRAND в аппаратном обеспечении.
По словам Медара, разработка аппаратного обеспечения для нового алгоритма декодирования потребовала, чтобы исследователи сначала отбросили свои предвзятые представления.
«Мы не могли выйти и повторно использовать то, что уже было сделано. Это было похоже на полноценную доску. Нам действительно приходилось продумывать каждый компонент с нуля. Это был путь переосмысления. И я думаю, что когда мы сделаем наш следующий чип, с этим первым чипом будут вещи, которые мы осознаем, что сделали по привычке или из предположения, что мы можем добиться большего », - говорит она.
Фишка на будущее
Поскольку GRAND использует только кодовые книги для проверки, чип не только работает с устаревшими кодами, но также может использоваться с кодами, которые еще даже не были введены.
В преддверии внедрения 5G регуляторы и коммуникационные компании изо всех сил пытались найти консенсус относительно того, какие коды следует использовать в новой сети. В конечном итоге регулирующие органы предпочли использовать два типа традиционных кодов для инфраструктуры 5G в разных ситуациях. По словам Медара, использование GRAND может устранить необходимость в такой жесткой стандартизации в будущем.
Чип GRAND может даже открыть сферу кодирования для волны инноваций.
«По причинам, в которых я не совсем уверен, люди относятся к кодированию с трепетом, как будто это черная магия. Этот процесс сложен с математической точки зрения, поэтому люди просто используют уже существующие коды. Я надеюсь, что это изменит обсуждение так, чтобы оно не было настолько ориентированным на стандарты, что позволит людям использовать уже существующие коды и создавать новые », - говорит она.
Двигаясь вперед, Медар и ее сотрудники планируют решить проблему мягкого обнаружения с помощью обновленной версии GRAND. чип. При мягком обнаружении полученные данные менее точны.
Они также планируют проверить способность GRAND взламывать более длинные и сложные коды и корректировать структуру кремниевого чипа для повышения его энергоэффективности.
Бюро времени ELE
ELE Times предоставляет всесторонний глобальный обзор электроники, Технологии и Рынок. Помимо предоставления подробных статей, ELE Times привлекает самую большую, квалифицированную и активно заинтересованную аудиторию в отрасли, которая ценит наш своевременный, актуальный контент и популярные форматы. ELE Times помогает вам повысить осведомленность, привлечь трафик, донести свои предложения до нужной аудитории, привлечь потенциальных клиентов и лучше продавать свои продукты.
-
Бюро времени ELEhttps://www.eletimes.com/author/adminПредотвратите потенциальное повреждение с помощью водонепроницаемых герметичных разъемов N-типа
-
Бюро времени ELEhttps://www.eletimes.com/author/adminЦентр передового опыта в области морской ветроэнергетики, открытый совместно двумя министрами: возобновляемые источники энергии
-
Бюро времени ELEhttps://www.eletimes.com/author/adminКомплексный способ использования соединения для улучшения ВЧ характеристик малошумящих усилителей
-
Бюро времени ELEhttps://www.eletimes.com/author/adminInfineon и Panasonic ускоряют разработку технологии GaN для устройств питания на 650 В на основе GaN