編譯/VR陀螺
近日,美國麻省理工學院、梅努斯大學和波士頓大學的研究人員宣布創(chuàng)建了一個使用通用解碼算法的硅芯片,該算法被稱為GRAND(又稱猜測隨機加性干擾解碼),可以更準確地解碼代碼,而不用管其結構如何。
圖源:DIM
GRAND消除了對多個計算復雜的解碼器的需求。該芯片實現(xiàn)了高效率,可應用于增強和虛擬現(xiàn)實(AR/VR)、5G網絡、游戲和連接設備,這些設備能夠以較小的延遲處理大量數(shù)據。
在巴特爾紀念研究所和愛爾蘭科學基金會的支持下,這項研究預計將在本周舉行的歐洲固態(tài)設備研究和電路會議(ESSCIRC ESSDERC)上發(fā)表。
干擾如何阻礙數(shù)據傳輸
在互聯(lián)網上傳播的每一條信息,從電子郵件中的段落到虛擬現(xiàn)實環(huán)境中的3D圖形,都可能被沿途遇到的干擾所改變,例如,來自微波或藍牙設備的電磁干擾。通常情況下,數(shù)據會被編碼,以便當它們到達目的地時,解碼算法可以消除該干擾的負面影響并檢索出原始數(shù)據。
通常來說,大多數(shù)糾錯碼和解碼算法都是一起設計的。因此,每個代碼都有一個與獨特的、高度復雜的解碼算法相對應的結構,這往往需要專用硬件。但有了GRAND,就能消除對多種復雜硬件組件的需求。
為了理解GRAND的工作原理,讓我們把這些代碼看作是添加到原始數(shù)據末端的冗余哈希值(1和0),創(chuàng)建該哈希值的規(guī)則被存儲在一個特定的編碼簿中。
當編碼數(shù)據在網絡上傳輸時,它們會受到擾亂信號的干擾因素的影響,這種干擾通常由電子設備產生。因此,當它們(編碼數(shù)據和影響它們的干擾因素)到達各自的目的地時,解碼算法會檢查其編碼本,并使用哈希的結構來猜測存儲的信息是什么。
GRAND的工作方式是,它猜測影響信息的干擾,并使用干擾模式來推斷原始信息。它按照可能出現(xiàn)的順序生成一系列的干擾因素序列,并把它們從收到的數(shù)據中扣除,接著審查代碼是否在碼本中。
該算法之成為可能,是因為干擾因素有一個特定的結構,允許算法猜測它可能是什么,盡管這些干擾因素看起來是隨機的。麻省理工學院的研究人員Muriel Médard解釋說,這類似于故障排除。
她舉了一個汽修廠的例子,并說道:"如果有人把他們的車帶到汽修廠,汽修師不會把整個汽車映射到藍圖。相反,他們會開始問,有可能出問題的是什么?也許它只是需要加油。如果不是這個問題,下一步該排除什么?也許電池沒電了。"
GRAND芯片內部結構
GRAND芯片采用三層結構,包括第一級中較為簡單的解決方案,以及后續(xù)兩級更長、更復雜的干擾模式。因此,每個階段都單獨運作,這增加了系統(tǒng)的吞吐量并節(jié)省了電力。
另外,該芯片被設計為在兩個編碼本之間無縫切換,一個破解編碼,而另一個加載新的編碼本,隨后切換到解碼,沒有任何停機或延遲。
就實驗結果而言,研究人員發(fā)現(xiàn)GRAND芯片可以有效地解碼長度為128比特的冗余碼,只有大約一微秒的延時。
此前,麻省理工學院的研究人員已經證明了該算法的成功,但是,在他們的最新工作中,其已成功地在硬件中展示了GRAND的有效性和效率。
下一步是什么?
由于GRAND使用編碼本進行驗證,研究人員認為,該芯片不僅適用于傳統(tǒng)的代碼,而且還可以用于尚未引入的代碼。
例如,在應用5G的情況下,電信供應商和監(jiān)管機構需要努力尋找共同點,確定哪些代碼需要在新網絡中使用。不幸的是,監(jiān)管機構往往傾向于在不同的場景下為5G基礎設施選擇傳統(tǒng)代碼。Médard表示,利用GRAND可以幫助人們在未來消除對僵化標準的需求。
此外,研究人員認為,他們的芯片甚至可以開啟新一輪的代碼創(chuàng)新。Médard補充說道:"我希望這將重塑這項議題,它將不再那么以標準化為導向,使人們能夠使用已經存在的代碼并創(chuàng)造新的代碼。”
在未來幾個月,研究人員計劃用新版本的GRAND芯片解決圍繞軟檢測出現(xiàn)的問題,因為在軟檢測中收到的數(shù)據不太準確。此外,他們還計劃測試使用該芯片破解更長、更復雜代碼的能力,并進一步調整硅芯片的結構,提高其能源效率。
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